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A '''computação quântica''' é a ciência que estuda as aplicações das teorias e propriedades da mecânica quântica na [[Ciência da Computação]]. Dessa forma seu principal foco é o desenvolvimento do [[computador quântico]].
Na computação clássica o computador é baseado na arquitetura de Von Neumann que faz uma distinção clara entre elementos de processamento e armazenamento de dados, isto é, possui processador e memória destacados por um barramento de comunicação, sendo seu processamento sequencial.
Entretanto os computadores atuais possuem limitações, como por exemplo na área de Inteligência Artificial(IA) onde não existem computadores com potência ou velocidade de processamento suficiente para suportar uma IA avançada. Dessa forma surgiu a necessidade da criação de um computador diferente dos usuais que resolvesse problemas de IA, ou outros como a fatoração de números primos muito grandes, logaritmos discretos e simulação de problemas da [[Física Quântica]].
A Lei de Moore afirma que a velocidade de um computador é dobrada a cada 18 meses. Assim sempre houve um crescimento constante na velocidade de processamento dos computadores. Entretanto essa evolução pode atingir um certo limite, um ponto onde não será possível aumentar essa velocidade e então se fez necessário uma revolução significativa na computação para que este obstáculo fosse quebrado. E assim os estudos em Computação Quântica se tornaram muito importantes e a necessidade do desenvolvimento de uma máquina extremamente eficiente se torna maior a cada dia.
== História ==
A pesquisa para o desenvolvimento da computação quântica iniciou-se já na década de 50 quando pensavam em aplicar as leis da física e da mecânica quântica nos computadores. Em 1981 em uma conferencia no [[MIT]] o físico [[Richard Feynman]] apresentou uma proposta para utilização de sistemas quânticos em
Depois de Deutsch apenas em 1994 houve notícias da computação quântica, quando em [[Nova Jersey]], no [[Bell Labs]] da AT&T, o professor de matemática aplicada [[Peter Shor]] desenvolveu o Algoritmo de Shor, capaz de fatorar grandes números numa velocidade muito superior à dos computadores convencionais.
Em 1996, [[Lov Grover]], também da Bell Labs, desenvolveu o Speedup, o primeiro algoritmo para pesquisa de base de dados quânticos. Nesse mesmo ano foi proposto um modelo para a correção do erro quântico. Em 1999 no MIT foram construídos os primeiros protótipos de computadores quânticos utilizando montagem térmica.
No ano de 2007 surge o Orion, um processador quântico de 16 qubits que realiza tarefas praticas foi desenvolvido pela empresa canadense [[D-Wave]].
Em 2011 a D-Wave lançou o primeiro computador quântico para comercialização, o [[D-Wave One]], que possui um processador de 128 qubits. Porém o D-Wave One ainda não é totalmente independente, precisa ser usado em conjunto com computadores convencionais.
A computação quântica quebra inúmeros paradigmas da computação clássica, na qual podemos dividir os problemas em "problemas tratáveis" e "problemas intratáveis".
Todos os elementos que mudam as estruturas clássicas vem das mudanças que a física clássica trouxe. Físicos como [[Heisenberg]], [[Bohr]], [[Schrödinger]] e [[Einstein]] estudaram esses novos fundamentos. Dentre eles podemos destacar:
* [[Sobreposição quântica]]
* Experiência do [[Gato de Schrödinger]]
* [[Entrelaçamento quântico]] ou "Ação fantasmagórica à distância"
* [[Teletransporte quântico]]
* [[Espalhamento de Rutherford]]
* Existência de [[multiverso]]
E foi graças a estes princípios que foi possível o desenvolvimento da Computação Quântica.
== Princípios da Computação Quântica ==
A [[Mecânica Quântica]] é considerada a mais bem sucedida teoria física. Pois desde a sua criação até os dias atuais, ela tem sido aplicada em diversos ramos, desde a física de partículas, atômica e molecular até a [[astrofísica]] e matéria condensada.
Na computação quântica a unidade de informação básica é o [[Bit quântico]] ou q-bit. O fato da computação quântica ser tão poderosa está no fato de que além de assumir '0' ou '1' como na computação clássica, ela pode assumir ambos os estados '0' e '1' ao mesmo tempo. Parece estranho algo assumir os dois estados diferentes ao mesmo tempo, mas a experiência mental do [[Gato de Schrödinger]] pode dar um sentido intuitivo à situação. E é graças à essa propriedade da superposição de estados que motivou os estudos em computação quântica. Se na computação clássica o processamento é sequencial, na computação quântica o processamento é simultâneo.
Imagine que uma pessoa precise encontrar o contato de telefone de alguma pessoa em uma lista, na computação clássica é como se ela olhasse em cada nome conferindo se é o contato procurado. Já em um processamento quântico é como se uma pessoa conseguisse conferir vários nomes a cada processamento.
O q-bit é descrito por um vetor estados em um sistema quântico de dois níveis o qual é equivalente a um vetor de espaço bidimensional sobre números complexos. Usa-se a notação de bra-ket para representá-los:
: <math> |0\rangle = \begin{bmatrix} 0 \\ 1\end{bmatrix} </math> e <math>|1\rangle = \begin{bmatrix} 1 \\ 0\end{bmatrix} </math>
Assim, o estado de um q-bit pode ser representado por:
: <math>| \psi \rangle = \alpha |0 \rangle + \beta |1 \rangle,\,</math>
O conjunto <math>\{ |0\rangle,|1\rangle \} </math> forma uma base no espaço de Hilbert de duas dimensões, chamada de base computacional.
Para armazenar os q-bits utiliza-se armadilhas de íons (íon trap) em que um pequeno número de átomos carregados são aprisionados e armadilhas de átomos neutros (neutral íon trap) para aprisionar átomos sem carga.
Neste esquema os fótons são usados para manipular a informação contida nos átomos, dessa forma constituem um tipo de porta lógica quântica que aplica pulsos apropriados de radiação eletromagnética para que os átomos vizinhos possam interagir um com o outro como via, por exemplo, forças dipolo.
▲== Quebras d ==
▲* Experiência do [[Gato de Schrödinger]]<nowiki/>ação eletromagnética. Estes dispositivos constituem-se as portas lógicas quânticas. A manipulação pode ser realizada utilizando átomos que podem ser excitados ou não ou os dois ao mesmo tempo. Outro dispositivo utilizado é a manipulação de fótons. A vantagem em utilizá-los está no fato de que esses fótons podem constituir-se portadores altamente estáveis de informação quântica. Entretanto fótons não interagem diretamente entre si, sendo necessário o uso de um átomo como mediador, que introduz um ruído adicional e complicações no experimento. Neste caso um átomo interage com um átomo que por sua vez interage com o segundo fóton, levando à interação completa entre os dois fótons.
Outra classe de processamento de informação quântica é baseada na ressonância magnética nuclear (RMN). Neste caso a informação quântica é armazenada nos spins nucleares dos átomos em moléculas e as portas lógicas manipulam essa informação usando a radiação eletromagnética. Um pósitron ou elétron podem ter um spin pra cima, pra baixo e os dois ao mesmo tempo.
▲Para armazenar os q-bits utiliza-se armadilhas de íons (íon trap) em que um pequeno número de átomos carregados são aprisionados e armadilhas de átomos neutros (neutral íon trap) para aprisionar átomos sem carga.adawdfokeopfjkapjjkoawjkfmwpr
Os momentos magnéticos nucleares fazem um movimento natural de precessão na presença de campos magnéticos. Os estados quânticos dos núcleos podem ser manipulados irradiando os núcleos com pulsos de rádio frequência sintonizados na frequência de precessão destes.
Em um determinado composto constituído por diferentes átomos pode-se medir as ressonâncias dos núcleos de alguns átomos sem alterá-los utilizando a RMN. Ela é sensível às interações dos momentos nucleares expostos à campos elétricos e magnéticos locais, estas interações são chamadas de hiperfinas. Cada tipo de spin possui uma velocidade angular que depende do campo aplicado e da interação de troca entre eles.
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Assim como na computação clássica, na computação quantica utiliza-se circuitos, porém esses circuitos são quânticos:
* '''Entrada:''' considera-se conjuntamente os ''qubits'' de entrada,
* '''Linhas horizontais:''' as linhas que aparecem não são necessariamente fios. Elas representam a evolução de um ''qubit'', podendo ser apenas a passagem do tempo ou, por exemplo, o deslocamento de um fóton;
* '''Sentido:''' o circuito descreve a evolução do sistema quântico no tempo, da esquerda para a direita;
* '''Linhas verticais:''' o segmento vertical informa que o circuito atua simultaneamente nos dois ''qubits''. A linha vertical representa o sincronismo, e não o envio de informação;
* '''Controle:''' indica que o ''qubit'' representado nessa linha é um ''qubit'' de controle, ou seja, caso esteja no estado <math>|1\rangle,</math> a porta realiza a operação; caso esteja no estado <math>|0\rangle,</math> a porta não realiza operação alguma. Caso o ''qubit'' de controle seja um estado superposto ou os 2 ''qubits'' estejam emaranhados, não é possível compreender o comportamento individual do ''qubit'' de controle e do ''qubit'' alvo. Deve-se considerar a ação do operador unitário, que representa todo o circuito, atuando simultaneamente nos 2 ''qubits''.
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