É indiscutível a presença da tecnologia em nossa vida atual. Hoje, além dos smartphones, temos eletrodomésticos conectados à rede, atendimento virtual humanizado, telemedicina e a mais recente de todas: a inteligência artificial.

E agora? Fica o questionamento: qual será o próximo nível?

Acredito que temos vários candidatos: tecnologia de energia limpa, realidade aumentada e realidade virtual, biologia sintética, internet das coisas, nanotecnologia, transporte autônomo (aéreo e terrestre), impressão 3D Avançada e medicina personalizada. No entanto, neste artigo vou trazer à luz uma potencial tecnologia que é altamente promissora: a computação quântica.

Primeiro ponto antes de enveredar para temas tão exatos, você sabe o que é um algoritmo?

O termo 'algoritmo' ganhou diversas interpretações na era das redes sociais, mas, conceitualmente, no contexto da programação, ele se define como uma sequência finita de passos, na qual uma tarefa ou problema é descrito em uma ordem específica, utilizando uma linguagem compreensível pelo computador. Isso permite que o computador execute os passos e forneça a solução desejada.

Da mesma forma, nós, como seres humanos, utilizamos nossos próprios algoritmos desde o momento em que nascemos, quando aprendemos a criar sequências simples para realizar tarefas, como escovar os dentes ou resolver um problema matemático. Tanto em um caso quanto no outro, existe um começo, uma sequência de passos a seguir e, por fim, o objetivo a ser alcançado.

Portanto, podemos afirmar que o mundo é intrinsecamente construído com algoritmos. Eles estão presentes em nossas compras no supermercado, em nossas reuniões no Zoom, em nossos e-mails, no WhatsApp, nos websites que visitamos, nos jogos que jogamos, nos bancos de dados e em uma infinidade de outras aplicações.

Neste cenário, surgem outras tecnologias e uma nova abordagem de resolução de problemas que oferecem promessas para desafios que ainda não se manifestaram, mas também apresentam desafios próprios. Um exemplo notável é a computação quântica.

Essa tecnologia emerge como uma solução para resolver problemas que a computação clássica tradicionalmente não pode abordar de maneira escalável nos dias de hoje. Para ilustrar, considere o estudo das estruturas moleculares de proteínas, um campo crucial para o desenvolvimento de novas drogas e medicamentos. Determinar essas estruturas com precisão é desafiador devido à vasta gama de possibilidades, o que torna o processo demorado em computadores clássicos. No entanto, com a introdução da computação quântica, devido à sua capacidade intrínseca, ela tem o potencial de prever como as proteínas se dobram em suas formas tridimensionais e, com base nisso, personalizar o desenvolvimento de medicamentos. Por exemplo, pode ser possível isolar uma proteína exclusiva de células cancerígenas, projetar uma medicação com base em sua estrutura e, consequentemente, criar uma terapia mais direcionada, minimizando o impacto no organismo como um todo. Essa mesma abordagem poderia ser aplicada à pesquisa e desenvolvimento de novos antibióticos e antivirais, representando um avanço significativo na medicina e na ciência.

O computador quântico é potencialmente mais rápido quando comparado ao seu homólogo tradicional clássico devido a sua abordagem de processamento. Algoritmos de computadores clássicos usam bits (BInary digiT) para representar informações como 0s e 1s (código binário). Cada cálculo é realizado sequencialmente, seguindo instruções lineares.

Em contrapartida, algoritmos quânticos utilizam qubits (Bits quânticos), que podem representar as mesmas informações como 0 e 1, porém, o seu diferencial reside em uma terceira possibilidade: a superposição de ambos os estados, devido às propriedades quânticas. Isso significa que um qubit pode realizar cálculos em múltiplos estados ao mesmo tempo, aumentando exponencialmente a capacidade de processamento, resultando em maior velocidade e eficiência.

Python é uma escolha sólida quando se trata de desenvolver algoritmos quânticos, devido à sua legibilidade, facilidade de desenvolvimento de código e clareza. Esta linguagem de programação se destaca pela sua abordagem menos enfatizada na sintaxe e maior ênfase nos conceitos fundamentais de lógica de programação. Além disso, Python oferece bibliotecas robustas e de fácil manipulação, o que o torna uma ferramenta poderosa para essa finalidade.

O Quantum Information Software Development Kit (Qiskit) é uma estrutura de código aberto projetada para o desenvolvimento de algoritmos quânticos. Ele complementa a linguagem Python, tornando-a uma ferramenta poderosa para criação de algoritmos quânticos. Essa ferramenta permite emular um computador quântico em um desktop ou laptop convencional, o que significa que qualquer pessoa interessada pode acessá-la e programar em um ambiente quântico. Isso torna o Qiskit uma escolha valiosa para desenvolvedores que desejam explorar a computação quântica.

A criação de algoritmos quânticos demanda a consideração de algumas condições essenciais, que incluem a inicialização dos qubits, o emaranhamento e a aplicação de portas quânticas. Além disso, já existem algoritmos prontos, como o algoritmo de busca de Grover. Este algoritmo é utilizado para realizar buscas não estruturadas em listas não ordenadas de itens de maneira mais eficiente em comparação com os algoritmos clássicos.

Como exemplo, considerem uma vasta biblioteca com milhares de livros, todos dispostos em estantes desorganizadas, e a tarefa de encontrar um livro específico sem saber a sua localização exata. Em um contexto clássico, você precisaria examinar cada estante uma a uma até localizar o livro desejado, o que poderia ser uma empreitada demorada.

Agora, imaginem que você tem à disposição um assistente, o algoritmo de Grover, que faz uso da mecânica quântica para abordar a busca de uma maneira totalmente diferente. A cada interação (equivalente a verificar uma prateleira), o assistente destaca as estantes que não contêm o livro desejado, marcando-as de alguma forma. Gradualmente, a estante correta se torna mais evidente, permitindo que você localize o livro com menos verificações do que no método clássico. Essa abordagem quântica oferece uma eficiência surpreendente na resolução de problemas de busca.

A analogia evidencia a superioridade do algoritmo de Grover em relação a uma busca convencional. Ao invés de inspecionar todas as prateleiras, ele utiliza as características quânticas para sinalizar o caminho para a solução de maneira mais ágil. De maneira similar, em cenários práticos, como a busca em bancos de dados não ordenados, o algoritmo é capaz de localizar a solução desejada com significativamente menos iterações do que os métodos clássicos, resultando em economia de tempo e recursos computacionais.

No entanto, apesar de seu imenso potencial, a computação quântica enfrenta desafios significativos que exigem esforços dedicados para alcançar otimizações necessárias. Enquanto a computação clássica está bem estabelecida e fundamentada, a computação quântica ainda está em fase de aprimoramento, com diversas áreas que precisam ser desenvolvidas. Isso inclui a correção de erros quânticos, a escalabilidade, a redução de instabilidades e ruídos, o desenvolvimento de algoritmos quânticos eficientes, a abordagem de custos e acessibilidade, uma vez que a construção e manutenção de sistemas quânticos são dispendiosas em termos de recursos, energia e refrigeração, além da necessidade de investimentos em educação e treinamento. O desenvolvimento de ferramentas para abordar esses desafios é fundamental para transformar a computação quântica em uma realidade prática e aproveitar todo o seu potencial inovador.

Assim, a computação quântica representa uma promessa empolgante para o futuro, oferecendo uma mudança de paradigma na forma como realizamos cálculos complexos e resolvemos problemas desafiadores. Sua aplicabilidade se estende desde a pesquisa em ciência e medicina até a otimização de cadeias de suprimentos, criptografia e muito mais. À medida que a tecnologia quântica continua a avançar, podemos esperar inovações revolucionárias e soluções para desafios que atualmente parecem insolúveis. A computação quântica está destinada a remodelar nossa sociedade e abrir novos horizontes para a exploração do conhecimento e o progresso tecnológico, tornando-se um elemento inestimável na era digital do futuro.