Ciência da Computação Quântica começa a tomar forma

Com informações da Youris - 20/10/2014

O campo dos softwares para computadores quânticos alterou-se com a implementação do algoritmo de Shor em um chip fotônico.
[Imagem: Science]

Ciência da Computação Quântica

Os computadores quânticos, quando se tornarem realidade, deverão disponibilizar recursos para executar computações paralelas em uma escala maciça.

Eles são objeto de intensas pesquisas em duas direções.

O primeiro foco é na física experimental, com os cientistas construindo sistemas de hardware nos quais os qubits, as unidades de armazenamento de dados, tais como elétrons ou átomos, podem assumir dois estados quânticos simultaneamente e realizar cálculos.

O segundo foco envolve uma componente teórico, quando os pesquisadores desenvolvem algoritmos que serão a base dos softwares que permitirão o uso dos computadores quânticos.

Esta última abordagem foi o tema de um projeto financiado pela União Europeia, chamada QCS, sigla em inglês para Ciência da Computação Quântica.

O projeto concentrou-se nos aspectos matemáticos da computação quântica. Andris Ambainis, da Universidade da Letônia foi o principal coordenador do projeto.

A seguir, ele fala sobre os principais resultados.

Quais foram os resultados mais importantes desta colaboração?

Uma conquista foi o desenvolvimento de um novo método para a elaboração de algoritmos para computadores quânticos. Nós então usamos estes algoritmos para resolver alguns do problemas em aberto há muito tempo na ciência da computação tradicional.

Computador quântico bate recorde de fatoração
[Imagem: Xu et al./PRL]

Nossa principal ferramenta é o raciocínio matemático sobre computadores quânticos. Nós primeiro concebemos algoritmos quânticos e, em seguida, usamos provas matemáticas para demonstrar que estes algoritmos vão funcionar da maneira certa.

Você tem certeza que estes algoritmos vão realmente funcionar nos futuros computadores quânticos?

Eles certamente vão funcionar. Tenho ouvido sobre o progresso que está acontecendo nos laboratórios - pessoas são capazes de fazer operações quânticas com uma precisão [de hardware] de 99,9% e até mais. Isto é um avanço significativo em relação a 15 ou 20 anos atrás, quando tínhamos uma precisão de 90% ou 95%. Agora nós podemos começar a fazer grandes cálculos quânticos em computadores quânticos com números maiores de qubits.

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Alcançar a precisão de 99,9% nos leva a um nível em que podemos utilizar os chamados códigos de correção de erros - a codificação da informação quântica de uma forma que ela fica protegida contra erros - para melhorar a precisão ainda mais. Abaixo de uma precisão de cerca de 99% os códigos de correção de erros não vão funcionar.

A criptografia quântica já está implementada em redes ópticas reais, como as usadas hoje pela computação clássica.
[Imagem: NPL]

Quantos qubits você precisaria para quebrar as chaves de criptografia pública utilizadas pelos bancos em comunicações seguras?

Provavelmente uns poucos milhares. A dimensão típica de uma chave de criptografia é de cerca de 1.000 bits. Para fatorar este número, um computador quântico precisaria pelo menos duas vezes esta quantidade de qubits para permitir o armazenamento dos resultados intermediários. Então 2.000 qubits seriam suficientes, talvez alguns milhares a mais.

Os computadores quânticos vão revolucionar as comunicações criptografadas no mundo financeiro?

Sim, eles vão ter que mudar tudo.

Será necessário muar a criptografia para uma das muitas variedades de sistemas que não são baseadas em números primos.

Existem sistemas de criptografia com base em códigos de correção de erros, ou na dificuldade de resolver equações polinomiais, isto é equações com variáveis positivas com expoentes inteiros e só contando com as operações de adição, subtração e multiplicação.

Há pessoas trabalhando nessa área, que é chamada de criptografia pós-quântica. Um desses sistemas é chamado de criptografia McEliece. Ele é baseado em códigos de correção de erros que existem desde a década de 1980. Agora este sistema está realmente começando a se tornar prático.

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