A aposta da Microsoft na computação quântica

Em sua conferência MSIgnite 2017, a Microsoft mostrou o progresso do seu projeto de computação quântica. A Microsoft está construindo um computador quântico e desenvolvendo ferramentas de programação que deverá integrar o MS Studio. Definitivamente, estamos entrando em uma nova era de computação, onde os atuais computadores serão tão obsoletos quanto os ábacos e réguas de cálculo do passado. Os imensos data centers atuais poderão se tornar elefantes brancos, assim como os prédios das centrais telefônicas analógicas se tornaram depois dos PABX digitais. A Microsoft pode se diferenciar de seus concorrentes, IBM e Google, com um sistema baseado em avanços na topologia para resolver problemas relativos a fidelidade do processamento, intrínsecos a computação quântica.

Computador Quântico da Microsoft

Segundo a Wikipedia, um computador quântico é um dispositivo que executa cálculos fazendo uso direto de propriedades da mecânica quântica, tais como sobreposição e interferência. O principal ganho desses computadores é a possibilidade de resolver algoritmos num tempo eficiente, alguns problemas que na computação clássica levariam tempo impraticável (exponencial no tamanho da entrada), como por exemplo, a fatoração em primos de números naturais. A redução do tempo de resolução deste problema possibilitaria a quebra da maioria dos sistemas de criptografia usados atualmente.

O conceito de um computador quântico baseia-se na capacidade estranha e única dos habitantes do mundo quântico – de elétrons e fótons a outros não-abelianos (na álgebra abstrata, também conhecida como não-comutativos) – serem muitas coisas ao mesmo tempo. Um elétron, por exemplo, pode girar simultaneamente no sentido horário e anti-horário. Um fóton pode ser polarizado ao longo de dois eixos. Os transistores que servem como bits comuns podem ser apenas em um dos dois estados (denotados 0 ou 1), mas os qubits feitos de elétrons giratórios ou fótons polarizados assumem diferentes estados ou “superposições” de 0 e 1, simultaneamente. Cada estado tem uma amplitude. Os estados são números complexos, quando um número z pode ser escrito na forma z = x + yi, onde x e y são números reais e i um número imaginário. Durante a computação, estes números irão modificar e interagir uns com os outros. Não existe uma forma de ver diretamente estes números. Quando o algoritmo é processado, é realizada uma medição que fornece os bits, como nós os conhecemos, e são eliminados os números complexos. Este resultado é aleatório e calculada a probabilidade de acerto.

Enquanto a capacidade de um computador comum cresce linearmente com o número de bits, a capacidade de um computador quântico aumenta exponencialmente, devido as superposições de estados. Os físicos descobriram algoritmos quânticos que operariam nesta rede multifacetada de qubits com velocidade recorde para tarefas, incluindo simulações de pesquisa de banco de dados, quebra de código e de alto nível.

Um dos desafios da computação quântica é eliminar, eventuais, erros nos cálculos. A Microsoft, usando as teorias de Michael Freedman, conseguiu implementar a correção de erros no nível físico, os qubits topológicos.

Outro desafio é que os computadores quânticos precisam operar a 0,02 Kelvin (-273,13°C), 150 vezes mais frio do que as profundezas do espaço interestelar, em um vácuo cuja pressão atmosférica é 10 bilhões de vezes menor que a normal. Também precisam de blindagem pesada para se proteger contra interferência magnética.

Entretanto, surpreendentemente, podem consumir apenas 15,5 kW e ocupa apenas 10 m² de área, em comparação com os milhares de kilowatts e metros quadrados exigidos por supercomputadores tradicionais.

A Microsoft está desenvolvendo ferramentas de software para desenvolvedores para trabalhar com o seu computador quântico. A linguagem de programação deve ter conceitos de C#, F#, Python e outras linguagens com a adição de novos recursos para usar as funcionalidades da computação quântica. É esperado um simulador, para ser usando em computadores comuns, para os desenvolvedores testarem algoritmos para computadores quânticos.

Veja a apresentação do computador quântico da Microsoft no MSIgnite 2017, conduzida pelo CEO da Microsoft, Satya Nadella.

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