Programação Quântica
COMO SURGIU E QUAIS FORAM OS PRINCIPAIS PESQUISADORES
Em 1985, David Deutsch desenvolveu a versão quântica da Máquina de Turing, com uma aplicação limitada, porém com a capacidade de realizar algumas tarefas de uma maneira muito mais eficiente.
Após essa primeira versão, quase dez anos depois, no ano de 1994, Peter Shor trouxe ao público o exemplo mais conhecido da eficiência do computador quântico. Onde ele descreve algoritmos para logaritmos discretos e fatoração, os quais são processados mais rápida e eficientemente no computador quântico devido o paralelismo quântico.
PORQUE E PARA O QUÊ ELA PODE SER UTILIZADA
Um computador quântico é mais eficaz e rápido na fatoração de cálculos complexos, pois utiliza o qubit (bit quântico) com a superposição dos dois estados (O e 1).
No computador quântico, os dois estados já estão naturalmente superpostos, o que, em grande escala proporciona benefícios exponenciais, dada a sua “super fatoração”.
A programação quântica pode ser desenvolvida em uma máquina clássica, no entanto, não atingirá o pico de suas possibilidades, pois em um computador clássico, necessita-se de um emulador de hardware para execução de um programa para desenvolvimento da programação quântica. Os três principais modelos de hardware virtual utilizados são:
· Modelo de Circuito Quântico - Baseada em portas quânticas, assim como o circuito lógico baseia-se nas portas lógicas.
· Modelo da Máquina de Turing Quântica - a operação inteira da máquina é assumida como unitária e as medidas não são realizadas.
· Modelo QRAM - Permite transformações unitárias e medidas serem livremente intercaladas. Além disso, esse dispositivo possui um enorme (mas finito) número de qubits individuais e endereçáveis, muito parecido com a memória RAM.
Apesar das limitações apresentadas, o uso da programação quântica em computadores clássicos é bastante comum atualmente, dado o acesso limitado ao computador quântico, que é utilizado apenas dentro da área acadêmica-cientifica de pesquisa.
LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO QUÂNTICA
· QCL – Desenvolvida por Bernhard Ömer, em 1998.
Se trata de uma linguagem clássica estruturada que possui dados clássicos e estrutura de controle.
Dado quântico é manipulado através de referências a um vetor de dados quânticos.
· QPL – Desenvolvida por Peter Selinger, em 2004.
Foi a primeira linguagem funcional quântica, a primeira versão de QPL tinha uma sintaxe baseada em diagramas de fluxo com operações para inicialização, atribuição (única), condicional (medida) e permutações. Seu funcionamento se dá da seguinte maneira:
· cada operação transforma um conjunto específico de entradas em saídas.
· Semântica denotacional baseada em matrizes de densidade e superoperadores.
· Sistema de tipos estático.
· Lambda QPL – Desenvolvida por Peter Selinger e Benoit Valiron, em 2004.
Baseia-se na lógica linear, onde captura quais termos podem ser duplicados.
Um termo do tipo A não pode ser duplicado! Um termo do tipo !A pode ser duplicado!
· QML – Desenvolvida por Altenkirch e Grattage, em 2004.
Essa é uma linguagem funcional de primeira ordem, que contém dados e controle quânticos, desenvolvida com uma semântica operacional baseada em circuitos quânticos.
· QHaskell - Desenvolvida por Juliana K. Vizzotto e Antonio C. R. Costa, em 2006.
Essa é uma linguagem funcional mista que possui tanto controle e dados quânticos quanto clássicos.
PROGRAMAÇÃO QUÂNTICA APLICADA À COMPUTAÇÃO QUÂNTICA
A computação quântica é revolucionária e está trazendo grandes contribuições para a história da engenharia de software. Destacam-se dois importantes recentes eventos que ocorreram no primeiro trimestre do ano de 2025, e que revolucionarão a área com pesquisa e desenvolvimento aplicados.
A Microsoft vem realizando uma pesquisa à cerca da computação quântica há 17 anos, e em 22 de fevereiro de 2025 trouxe à público a descoberta de um novo estado da matéria: O estado Topológico, que só existe no nível quântico. Essa descoberta é extremamente importante para a evolução tecnológica e científica, e se deu durante a pesquisa e desenvolvimento do Chip Quântico, que é a nova tecnologia divulgada pela empresa.
Foi realizado o primeiro teletransporte quântico entre dois computadores quânticos, através da distribuição de um link de rede óptica. A combinação entre programação quântica, química e supercomputadores (computadores quânticos) foi responsável por um salto tecnológico, científico e revolucionário no campo da computação quântica. A transferência de dados entre computadores quânticos que antes era praticamente impossível devido a atuação através de qubits, que diferente do bit, assume todos os estados simultaneamente, impossibilitando cópia e até mesmo visualização do estado enquanto ocorre o processamento de dados, agora se tornou possível por meio do teletransporte quântico. Tendo em vista essa revolução, em um futuro não tão distante, será possível a existência de uma rede de computadores quânticos, tornando possível o uso da computação quântica não apenas no meio acadêmico, mas também ao grande público.
REFERÊNCIAS BIBLÍOGRAFICAS
JOSÉ, Marcelo Archanjo; PIQUEIRA, José Roberto Castilho; LOPES, Roseli de Deus. Introdução à programação quântica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 35, p. 1-9, 2013. Disponível em:
<https://www.scielo.br/j/rbef/a/fXHgBXQHqmzf7kJ6CskyjYx/ >
Acesso em: 09/02/2025
MAIN, D., Drmota, P., Nadlinger, D.P. et al. Distributed quantum computing across an optical network link. Nature 638, 383–388 (2025). Disponível em: <https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x>
Acesso em: 12/02/2025.
MICROSOFT. Chip Majorana 1 da Microsoft abre um novo caminho para a computação quântica. Microsoft News, 20 fev. 2024. Disponível em: <https://news.microsoft.com/source/latam/ia-pt-br/chip-majorana-1-da-microsoft-abre-um-novo-caminho-para-a-computacao-quantica/?lang=pt-br.>
Acesso em: 24/02/2025.
VIZZOTTO, Juliana Kaizer; DA ROCHA COSTA, Antônio Carlos. Linguagens de programação quântica - um apanhado geral. In: Workshop - Escola de Computaçao e Informaçao Quântica. 2006. Disponível em:
<https://scholar.google.com.br/scholar?oi=bibs&cluster=8133433979866421916&btnI=1&hl=pt-BR>
Acesso em: 09/02/2025.
Autora: Maria Clara Carvalho Coutinho - Software engineering student in Jala University.
Comentários
Postar um comentário