A Teoria Quântica é um avanço revolucionário na Física que emergiuno início do século XX. É uma elegante teoria matemática capaz de explicaro comportamento não intuitivo das partículas subatômicas, maisnotavelmente o fenômeno do emaranhamento. No final do século XX,descobriu-se que a teoria quântica se aplica não apenas a átomos e moléculas,mas a bits e operações lógicas em um computador. Essa percepçãotrouxe uma revolução na ciência e tecnologia do processamento da informação,tornando possíveis tipos de computação e comunicação até entãodesconhecidos na Era da Informação.
A Teoria Quântica é um avanço revolucionário na Física que emergiuno início do século XX. É uma elegante teoria matemática capaz de explicaro comportamento não intuitivo das partículas subatômicas, maisnotavelmente o fenômeno do emaranhamento. No final do século XX,descobriu-se que a teoria quântica se aplica não apenas a átomos e moléculas,mas a bits e operações lógicas em um computador. Essa percepçãotrouxe uma revolução na ciência e tecnologia do processamento da informação,tornando possíveis tipos de computação e comunicação até entãodesconhecidos na Era da Informação.
A computação quântica vem se destacando como uma das inovações tecnológicas mais relevantes do século XXI, oferecendo novas abordagens para o processamento de informações e apresentando desempenho superior à computação clássica em problemas de alta complexidade. Baseada nos fundamentos da mecânica quântica, especialmente nos princípios de superposição e entrelaçamento, essa tecnologia possibilita representar e manipular múltiplos estados de informação de forma simultânea. Considerando sua importância crescente na ciência e na engenharia, este trabalho tem como objetivo analisar o estado atual, os desafios e as principais aplicações da computação quântica, com ênfase em suas repercussões em áreas estratégicas como a segurança digital, a inteligência artificial e a simulação de materiais. A pesquisa foi conduzida por meio de uma revisão bibliográfica. Os resultados mostram que a computação quântica tende a redefinir os limites da ciência computacional, abrindo novas possibilidades em campos como a criptografia, o aprendizado de máquina e as ciências dos materiais. Observou-se, contudo, que a consolidação dessa tecnologia ainda depende da superação de obstáculos técnicos, como a instabilidade dos qubits, os processos de correção de erros e a escalabilidade dos sistemas. Conclui-se que o avanço da computação quântica requer a integração entre pesquisa científica, desenvolvimento tecnológico e formação interdisciplinar, fatores indispensáveis para que essa área se firme como base dos sistemas computacionais do futuro.
O universo atual das aplicações de computadores está fundamentado na tecnologia dos chaveadores de estado sólido, quais sejam transistores e demais elementos eletrônicos correlacionados, desenvolvidos a partir dos princípios de física quântica postulados ainda no primeiro quarto do século passado. Tal tecnologia está hoje em dia se aproximando de um patamar de saturação que faz prever a estagnação da aplicação dos sistemas computacionais em um futuro não muito distantes, caso novas tecnologias de aplicação computacional não venham a substituí-la. É nesse contexto que outra tecnologia, também fundamentada na física quântica vem surgindo como uma solução, não só para o problema da limitação esperada para a tecnologia atual, mas, muito mais importante, como um salto gigantesco nas possibilidades de aplicação: a Computação Quântica. Neste trabalho pretende-se estudar a história do desenvolvimento das máquinas de computação quântica e seus princípios de funcionalidade, posicionar o estado da arte da tecnologia correspondente e analisar as perspectivas de aplicação dessa tecnologia.
A teoria de informação e computação quântica é uma área de pesquisa que vem crescendo de maneira acentuada nos últimos anos devido aos inúmeros avanços tecnológicos que a acompanham. Neste mestrado começamos nossos estudos nesta área de pesquisa onde nos introduzimos e aprofundamos em seus aspectos intrigantes e peculiares. Dada nossa formação inicial na área de ciências da computação, inicialmente nos dedicamos a entender os aspectos fundamentais da mecânica quântica, assim como da teoria de informação e computação quântica. Focamos principalmente nos sistemas quânticos abertos, visto que o maior obstáculo a ser superado para o desenvolvimento destes computadores é o efeito deletério do meio ambiente. A princípio, concentramos nossos estudos nos ditos processos não-Markovianos, que apresentam efeitos de memória. Aprendemos sobre as novas medidas de não-Markovianidade, principalmente as medidas baseadas na dinâmica do emaranhamento e na dinâmica da informação mútua. Conseguimos publicar nosso primeiro resultado, onde provamos a inequivalência destas duas medidas de não-Markovianidade. De fato, mostramos que tais medidas, em geral, podem discordar sobre o tipo de processo dissipativo, sendo que uma pode reconhecê-lo como Markoviano enquanto outra pode reconhecê-lo como não-Markoviano. Como mostramos, esta inequivalência está diretamente relacionada com o refluxo de informação do meio ambiente para o sistema, e como mensuramos tal informação nestas duas medidas distintas de não-Markovianidade. Finalmente, na fase final de nossos estudos, tivemos como objetivo encontrar um meio de otimizar o controle das operações lógicas. Especificamente, trabalhamos com um método numérico utilizado em sistemas fechados para otimizar sistemas abertos Markovianos. Observamos que a eficácia deste método depende do tipo e intensidade da interferência do ambiente e das condições iniciais do sistema, obtendo melhores resultados em casos específicos.
Uma das áreas do conhecimento mais relevante na atualidade é a computação quântica. Para se ter uma ideia, o verbete Quantum Computation aparece 4.750 vezes na base de dados acadêmica do Google1 , levando em conta apenas o ano de 2021. Pode-se dizer que este tema une ao menos duas grandes áreas: a física quântica e a ciência da computação. Particularmente, há uma interessante interface entre essas áreas: a inteligência artificial. Olhando especificamente para esta interface, temos dois aspectos cruciais: o aprendizado de máquina e a tomada de decisões. Estes temas terão profundas implicações com o que chamamos hoje de “supremacia quântica” - executar um algoritmo em um computador quântico que seja capaz de resolver um problema com uma aceleração “super-polinomial”, comparada aos computadores clássicos. Neste ensaio, buscamos destacar os fundamentos da computação quântica elucidando os conceitos de emaranhamento, paralelismo e a incapacidade de produzir cópias da unidade básica da computação quântica: o bit quântico ou, simplesmente, qubit.
A mecânica quântica surgiu no início do século XX explicando fenômenos da natureza que até então não correspondiam às previsões de outras teorias. À medida que a teoria evoluiu, novas tecnologias baseadas nas propriedades quânticas começaram a ser desenvolvidas, como por exemplo a computação quântica. A computação quântica busca aplicar fenômenos como superposição e emaranhamento para resolver problemas computacionais complexos de forma mais eficiente que os computadores clássicos. Neste trabalho, introduzimos de forma breve o formalismo matemático utilizado na computação quântica, bem como seus principais conceitos. Ele aborda também alguns recursos quânticos, como o direcionamento quântico e a não-localidade de Bell. Nosso objetivo é detectar esses recursos em sistemas gerados em computadores quânticos reais. Para isso, focamos nossa análise nos estados Bell-diagonais e apresentamos um circuito capaz de gerar essa classse de estados. Em especial, estamos interessados nos estados de Werner, utilizados como ferramentas para detectar recursos quânticos e seus aspectos não locais. A abordagem computacional utiliza circuitos supercondutores, um tipo de hardware quântico, implementado por meio da plataforma IBM Quantum, que oferece acesso remoto a computadores quânticos reais. Os resultados experimentais obtidos são analisados em comparação com as previsões teóricas.
Os fundamentos da física (ou mecânica) quântica foram apresentados pelo cientista alemão Max Planck em 1900.De conteúdo científico revolucionário, esses fundamentos estabeleceram novos paradigmas que lastrearam a chamada Primeira Revolução Quântica, da qual derivaram produtos como o laser, o GPS e os chips semicondutores, essenciais na atualidade.Em 1950, Chien Shiung Wu e Irving Shaknov realizaram o que hoje é conhecido como experimento WS, que se tornou a chave para a manifestação emergente da segunda revolução quântica, que inclui novas tecnologias agrupadas em quatro grandes áreas: dispositivos quânticos (sensores, biossensores, detectores e atuadores); comunicação e teletransporte quânticos e materiais bidimensionais; computação, criptografia e internet quânticas; e tecnologias derivadas de materiais quânticos de aplicação, por exemplo, na área de energia.Este artigo procura investigar indícios de que a área de Tecnologias Quânticas é essencial não apenas para a Segurança e Defesa Nacional, mas também para a conformação do tabuleiro geopolítico.Eles sugerem que, conjuntamente, as Tecnologias Quânticas, a Inteligência Artificial (IA) e a Cibernética promoverão uma grande revolução tecnológica da humanidade e, particularmente, nos assuntos militares.Sendo assim, o artigo apresenta argumentos para que tais áreas do conhecimento e desenvolvimento tecnológico sejam consideradas estratégicas e prioritárias para o país, tendo em vista a centralidade dessas tecnologias no crescimento econômico, no desenvolvimento social, na segurança, na defesa e na soberania de uma nação no contexto da 4ª Revolução Industrial e da Era do Conhecimento.