O que é computação quântica?

O campo da computação quântica inclui uma variedade de disciplinas, incluindo hardware quântico e algoritmos quânticos. Embora ainda esteja em desenvolvimento, a tecnologia quântica em breve será capaz de resolver problemas complexos que os supercomputadores clássicos não conseguem resolver (ou não conseguem resolver com a rapidez necessária).

Utilizando a física quântica, computadores quânticos de grande escala seriam capazes de resolver certos problemas complexos muitas vezes mais rápido do que as máquinas clássicas modernas. Com um computador quântico, alguns problemas que podem levar milhares de anos para serem resolvidos por um computador clássico podem ser resolvidos em questão de minutos ou horas.

A Mecânica Quântica, o estudo da física em escalas muito pequenas, revela princípios naturais fundamentais surpreendentes. Os computadores quânticos utilizam especificamente esses fenômenos para acessar métodos matemáticos de resolução de problemas não disponíveis com a computação clássica somente.

Na prática, espera-se que os computadores quânticos sejam amplamente úteis para dois tipos de tarefas: modelar o comportamento de sistemas físicos e identificar padrões e estruturas nas informações.

A mecânica quântica é um pouco como o sistema operacional do universo. Um computador que utiliza princípios quânticos para processar informações tem certas vantagens na modelagem de sistemas físicos. Portanto a computação quântica é de particular interesse para aplicações em química e ciência de materiais. Por exemplo, os computadores quânticos podem ajudar pesquisadores que buscam moléculas úteis para aplicação farmacêutica ou de engenharia a identificar candidatos de forma mais rápida e eficiente.

Computadores quânticos podem processar dados usando técnicas matemáticas não acessíveis aos computadores clássicos. Isso significa que podem dar estrutura aos dados e ajudar a descobrir padrões que algoritmos clássicos poderiam não perceber sozinhos. Na prática, isso pode ser útil para aplicações que vão desde biologia (por exemplo, enovelamento de proteínas) até finanças.

Hoje, grande parte do trabalho de pesquisa em computação quântica envolve a busca por algoritmos e aplicações dentro dessas categorias de uso esperado. Isso se soma à construção da nova tecnologia em si.

Como instituições líderes como IBM, Amazon, Microsoft e Google, bem como startups como Rigetti e Ionq, continuam investindo pesadamente nessa tecnologia empolgante, estima-se que a computação quântica torne-se um setor de US$ 1,3 trilhão até 2035.

Ao discutir computadores quânticos, é importante entender que nas menores escalas o universo se comporta de maneira muito diferente daquela a que estamos acostumados em nosso dia a dia. Em comparação com o que aprendemos na física do ensino fundamental, os comportamentos dos objetos quânticos são frequentemente bizarros e contraintuitivos.

A descrição do comportamento de partículas quânticas apresenta um desafio único. A maioria dos paradigmas que são senso comum para o mundo natural carece de vocabulário para comunicar os comportamentos surpreendentes das partículas quânticas. Mas a mecânica quântica revela como o universo realmente funciona. Os computadores quânticos utilizam a mecânica quântica substituindo circuitos de bits binários tradicionais por partículas quânticas chamadas bits quânticos, ou qubits. Essas partículas se comportam de maneira diferente dos bits, apresentando propriedades únicas que podem ser descritas somente pela mecânica quântica.

Para entender a computação quântica é importante entender quatro princípios principais da mecânica quântica:

• Superposição
• Emaranhamento
• Decoerência
• Interferência

Um qubit por si só não é muito útil. Mas ele pode colocar a informação quântica que contém em um estado de superposição, que representa uma combinação de todas as configurações possíveis do qubit. Grupos de qubits em superposição podem criar espaços computacionais complexos e multidimensionais. Problemas complexos podem ser representados de novas maneiras nesses espaços.

Quando um sistema quântico é medido, seu estado colapsa a partir de uma superposição de possibilidades em um estado binário, que pode ser registrado como código binário como zero ou um.

Emaranhamento é a capacidade dos qubits de correlacionar seu estado com o de outros qubits. Os sistemas emaranhados estão tão intrinsecamente ligados que, quando os processadores quânticos medem um único qubit emaranhado, conseguem determinar imediatamente as informações sobre outros qubits no sistema emaranhado.

A interferência é o mecanismo da computação quântica. Um ambiente de qubits colocados em um estado de superposição coletiva estrutura as informações de uma maneira que se parece com ondas, com amplitudes associadas a cada resultado.

Essas amplitudes tornam-se as probabilidades dos resultados de uma medição do sistema. Essas ondas podem se acumular umas sobre as outras quando muitas delas atingem o pico em um determinado resultado ou se anulam quando os altos e baixos interagem. Amplificar uma probabilidade ou cancelar outras são formas de interferência.

Decoerência é o processo no qual um sistema em um estado quântico colapsa para um estado não quântico. Pode ser acionado intencionalmente, pela medição de um sistema quântico ou por outros fatores ambientais (às vezes esses fatores o acionam inadvertidamente). De um modo geral, a computação quântica exige que se evite e minimize a decoerência.

Para entender melhor a computação quântica, considere que duas ideias surpreendentes sejam verdadeiras. A primeira é que objetos que podem ser medidos como tendo estados definidos, qubits em superposição com amplitudes de probabilidade definidas, se comportam de forma aleatória. A segunda é que objetos distantes, neste caso, qubits emaranhados, ainda podem se comportar de maneiras que, embora individualmente aleatórias, estão fortemente correlacionadas.

Um cálculo em um computador quântico funciona preparando uma superposição de estados computacionais. Um circuito quântico preparado pelo usuário, utiliza operaçōes para emaranhar qubits e gerar padrões de interferência, conforme governados por um algoritmo quântico. Muitos resultados possíveis são cancelados por meio de interferência, enquanto outros são amplificados. Os resultados amplificados são as soluções do cálculo.

A principal diferença entre computadores clássicos e quânticos é que os computadores quânticos usam qubits em vez de bits. Embora a computação quântica use código binário, os qubits processam informações de maneira diferente dos computadores clássicos. Mas o que são qubits e de onde eles vêm?

Enquanto os computadores clássicos dependem de bits (zeros e uns) para armazenar e processar dados, os computadores quânticos processam dados de forma diferente, usando bits quânticos (qubits) em superposição.

Um qubit pode se comportar como um bit e armazenar um zero ou um, mas também pode ser uma combinação ponderada de zero e um ao mesmo tempo. Quando os qubits são combinados, suas superposições podem crescer exponencialmente em complexidade: dois qubits podem estar em uma superposição das quatro cadeias de 2 bits possíveis, três qubits podem estar em uma superposição das oito cadeias de 3 bits possíveis e assim por diante. Com 100 qubits, o leque de possibilidades é astronômico.

Os algoritmos quânticos funcionam manipulando informações de uma maneira inacessível aos computadores clássicos, o que pode oferecer acelerações drásticas para determinados problemas – especialmente quando computadores quânticos e supercomputadores clássicos de alto desempenho trabalham juntos.

Em geral, os qubits são criados por meio da manipulação e medição de sistemas que apresentam comportamento quântico, como circuitos supercondutores, fótons, elétrons, íons aprisionados e átomos.

Há muitas maneiras diferentes de criar os qubits usados na computação quântica atualmente, com algumas mais adequadas para diferentes tipos de tarefas.

Alguns dos tipos mais comuns de qubits em uso são os seguintes:

• Qubits supercondutores: feitos de materiais supercondutores que operam em temperaturas extremamente baixas, esses qubits são preferidos por sua velocidade na realização de cálculos e controle refinado.
• Qubits de íons aprisionados: partículas de íons aprisionadas também podem ser usadas como qubits e são conhecidas por longos tempos de coerência e medições de alta fidelidade, mas são muito mais lentas do que qubits supercondutores.
• Pontos quânticos: pontos quânticos são pequenos semicondutores que capturam um único elétron e o utilizam como um qubit, oferecendo um potencial promissor de escalabilidade e compatibilidade com a tecnologia de semicondutores já existente.
• Fótons: fótons são partículas de luz individuais. Podem ser usados para criar qubits e enviar informações quânticas a longas distâncias através de cabos de fibra óptica. Eles estão sendo utilizados em comunicação quântica e criptografia quântica.

Os computadores que utiliza bits quânticos têm certas vantagens em relação aos computadores que usam bits clássicos. Como os qubits podem manter uma superposição e exibir interferência, um computador quântico que usa qubits aborda os problemas de maneiras diferentes dos computadores clássicos.

Como uma analogia útil para entender como os computadores quânticos usam qubits para resolver problemas complicados, imagine que você está no centro de um labirinto complicado. Para escapar do labirinto, uma abordagem de computação clássica tradicional seria fazer "força bruta" no problema, tentando todas as combinações possíveis de caminhos para encontrar a saída. Esse tipo de computador usaria bits para explorar novos caminhos e lembrar quais deles são becos sem saída.

Um computador quântico pode derivar o caminho correto sem precisar testar todos os caminhos ruins, como se tivesse uma visão aérea do labirinto. No entanto, os qubits não testam vários caminhos ao mesmo tempo. Em vez disso, os computadores quânticos medem as amplitudes de probabilidade dos qubits para determinar um resultado.

Essas amplitudes funcionam como ondas, sobrepondo-se e interferindo umas nas outras. Quando ondas assíncronas se sobrepõem, isso efetivamente elimina possíveis soluções para problemas complexos, e a onda ou as ondas coerentes realizadas apresentam uma solução correta.

Um processador quântico IBM QUANTUM é um wafer não muito maior do que os chips de silício encontrados em um notebook. No entanto, os modernos sistemas de hardware quântico (usados para manter os instrumentos a uma temperatura ultrafria) e os componentes eletrônicos extras à temperatura ambiente para controlar o sistema e processar dados quânticos são do tamanho de um carro médio.

Embora a grande pegada de carbono de um sistema de hardware quântico completo faça com que a maioria dos computadores quânticos não seja portátil, pesquisadores e cientistas da computação ainda conseguem acessar recursos de computação quântica por meio de computação em nuvem. Os principais componentes de hardware de um computador quântico são os seguintes.

Compostos por qubits dispostos em várias configurações para permitir a comunicação, os chips quânticos, também conhecidos como o plano de dados quânticos, atuam como o cérebro do computador quântico.

Como o componente central em um computador quântico, um processador quântico contém os qubits físicos do sistema e as estruturas necessárias para mantê-los no lugar. As unidades de processamento quântico (QPUs) são o chip quântico, os circuitos eletrônicos de controle e o hardware de computação clássico necessário para a entrada e a saída.

Seu computador desktop provavelmente usa um ventilador para resfriar o suficiente para funcionar. Os processadores quânticos precisam estar muito frios, cerca de um centésimo de grau acima do zero absoluto, para minimizar o ruído e evitar a decoerência a fim de reter seus estados quânticos. Essa temperatura ultrabaixa é alcançada com superfluidos super-resfriados. Nessas temperaturas, certos materiais exibem um importante efeito quântico: os elétrons migram através deles sem resistência. Esse efeito os torna supercondutores.

Quando os materiais tornam-se supercondutores, seus elétrons se combinam, formando pares de Cooper. Esses pares podem carregar uma carga através de barreiras, ou isolantes, por meio de um processo conhecido como tunelamento quântico. Dois supercondutores colocados em ambos os lados de um isolador formam uma junção de Josephson, uma peça fundamental do hardware de computação quântica.

Os computadores quânticos utilizam circuitos com capacitores e junções Josephson como qubits supercondutores. Disparando fótons de micro-ondas nesses qubits, podemos controlar seu comportamento e fazê-los reter, alterar e ler unidades individuais de informação quântica.

Pesquisas continuam aprimorando os componentes quânticos de hardware, mas isso é apenas uma metade da equação. O ponto crucial da descoberta da vantagem quântica será um stack estável e de alto desempenho para possibilitar a próxima geração de algoritmos quânticos.

Em 2024, a IBM introduziu a primeira versão estável do kit de desenvolvimento de software (SDK) de código aberto Qiskit , o Qiskit SDK 1.x. Com mais de 600 mil usuários registrados e 700 universidades globais que o utilizam para desenvolver aulas de computação quântica, o Qiskit tornou-se o stack de software preferido para computação quântica.

Mas o Qiskit é mais do que apenas o software de desenvolvimento quântico mais popular do mundo para desenvolver e construir circuitos quânticos. Estamos redefinindo o Qiskit para representar o software full-stack para computação quântica na IBM, estendendo o Qiskit SDK com software e serviços de middleware para escrever, otimizar e executar programas nos sistemas IBM Quantum, incluindo novas ferramentas de assistência de código de IA generativa.

A computação quântica é desenvolvida com base nos princípios da mecânica quântica, que descrevem como objetos muito pequenos se comportam de forma diferente de objetos grandes. Mas como a mecânica quântica disponibiliza as leis fundamentais para todo o nosso universo, em um nível muito pequeno todo sistema é um sistema quântico.

Por esse motivo, podemos dizer que, embora os computadores convencionais também sejam construídos sobre sistemas quânticos, eles não conseguem aproveitar ao máximo as propriedades quânticas-mecânicas durante seus cálculos. Espera-se que os computadores quânticos aproveitem melhor a mecânica quântica para efetuar cálculos que nem mesmo os computadores de alto desempenho conseguem fazer.

Desde os antigos somadores de cartões perfurados até os modernos supercomputadores, os computadores tradicionais (ou clássicos) funcionam basicamente da mesma maneira. Essas máquinas geralmente realizam cálculos sequencialmente, armazenando dados por meio de bits binários de informação. Cada bit representa um 0 ou 1.

Quando combinado em código binário e manipulado por meio de operações lógicas, podemos usar computadores para criar tudo, desde sistemas operacionais simples até os cálculos de supercomputação mais avançados.

Os computadores quânticos, assim como os computadores clássicos, são máquinas de resolução de problemas. Mas em vez de bits, a computação quântica utiliza qubits. Qubits são usados para processar dados como bits tradicionais; no entanto, utilizando fenômenos quânticos, os qubits têm acesso a cálculos matemáticos mais complexos para um tipo diferente de computação. Isso se deve aos conceitos quânticos conhecidos como superposição e interferência discutidos anteriormente.

• Utilizada por computadores e dispositivos comuns e multifuncionais.
• Processa informações em bits com um número discreto de estados possíveis: 0 ou 1.

• Usado por hardware de computação quântica especializado baseado na mecânica quântica.
• Processa informações em qubits como 0, 1 ou uma superposição de 0 e 1.
• Processa dados com lógica quântica usando interferência para resolver problemas.

Os processadores quânticos não executam equações matemáticas da mesma maneira que os computadores clássicos. Diferentemente dos computadores clássicos que precisam computar cada etapa de um cálculo complexo, os circuitos quânticos feitos de qubits lógicos são capazes de processar problemas complexos de forma mais eficiente.

Enquanto os computadores tradicionais geralmente apresentam respostas singulares, as máquinas quânticas probabilísticas geralmente apresentam intervalos de respostas possíveis. Esse intervalo pode fazer com que a computação quântica pareça menos precisa do que a computação tradicional. No entanto, para os tipos de problemas incrivelmente complexos que os computadores quânticos poderão resolver em breve, essa forma de computação pode possivelmente economizar centenas de milhares de anos da computação tradicional.

Na prática, os computadores quânticos e os computadores clássicos trabalham juntos em fluxos de trabalho combinados para resolver problemas. Os métodos mais eficientes distribuem as partes de um cálculo em que os computadores quânticos são melhores para os recursos de computação quântica e as partes em que os computadores clássicos são melhores para os recursos de computação clássica.

Computadores quânticos totalmente realizados, trabalhando com computadores clássicos de alto desempenho, seriam muito superiores aos computadores clássicos sozinhos para determinados tipos de problemas, como a fatoração de números inteiros. Porém, a computação quântica não é ideal para todos os problemas (nem para a maioria deles).

Para a maioria dos tipos de tarefas e problemas, espera-se que os computadores clássicos continuem sendo a melhor solução. Mas quando cientistas e engenheiros se deparam com certos problemas altamente complexos, a computação quântica entra em jogo. Para esses tipos de cálculos difíceis, até mesmo os supercomputadores clássicos mais poderosos são pouco em comparação com a computação quântica. Isso porque até mesmo os supercomputadores clássicos mais poderosos são máquinas baseadas em código binário que dependem da tecnologia do século XX.

Problemas complexos são problemas com muitas variáveis que interagem de maneiras complicadas. Por exemplo, modelar o comportamento de átomos individuais em uma molécula é um problema complexo devido a todas as diversas interações entre os elétrons. A identificação de nova física em um supercolisor também é um problema complexo. Há alguns problemas complexos que não sabemos como resolver com computadores clássicos em qualquer escala prática.

Um computador clássico pode ser excelente em tarefas difíceis, como classificar um grande banco de dados de moléculas. Mas ele tem dificuldades para resolver problemas mais complexos, como simular o comportamento dessas moléculas.

Atualmente, se os cientistas quiserem saber como uma molécula se comporta, devem sintetizá-la e fazer experimentos com ela no mundo real. Se quiserem saber como um pequeno ajuste afetaria seu comportamento, geralmente precisam sintetizar a nova versão e executar o experimento novamente. Esse é um processo caro e demorado que impede o progresso em campos tão diversos quanto medicina e design de semicondutores.

Um supercomputador clássico pode tentar simular o comportamento molecular com força bruta usando seus muitos processadores para explorar todas as maneiras possíveis de se comportar de cada parte da molécula. Mas quando passa pelas moléculas mais simples e diretas disponíveis, o supercomputador para. Nenhum computador clássico é capaz de lidar com todas as permutações possíveis do comportamento molecular empregando qualquer método conhecido.

Os algoritmos quânticos adotam uma nova abordagem para esses tipos de problemas complexos, criando espaços computacionais multidimensionais nos quais executa algoritmos que se comportam de maneira muito semelhante às próprias moléculas. Isso acaba sendo uma maneira muito mais eficiente de resolver problemas complexos, como simulações químicas.

Uma maneira de pensar sobre isso: os computadores clássicos precisam processar os números para descobrir como uma molécula se comportará. Um computador quântico não precisa processar números. Pode imitar diretamente o sistema molecular.

Os algoritmos quânticos também podem processar dados de maneiras que os computadores clássicos não conseguem, oferecendo nova estrutura e insights.

Teorizada pela primeira vez no início da década de 1980, somente em 1994 o matemático Peter Shor publicou uma das primeiras aplicações práticas do mundo real para uma máquina quântica hipotética. O algoritmo de Shor para a fatoração de números inteiros demonstrou como um computador quântico poderia quebrar os sistemas de criptografia mais avançados da época, alguns dos quais ainda são usados atualmente. As descobertas de Shor demonstraram uma aplicação viável para os sistemas quânticos, com implicações dramáticas não apenas para a segurança cibernética, como também para muitos outros campos.

Empresas de engenharia, instituições financeiras e empresas globais de transporte marítimo, entre outras, estão explorando casos de uso onde os computadores quânticos podem resolver problemas importantes em suas áreas. Uma explosão de benefícios da pesquisa e do desenvolvimento quânticos está tomando forma no horizonte. À medida que o hardware quântico aumenta de escala e os algoritmos quânticos avançam, em breve poderemos encontrar novas soluções para problemas grandes e importantes, como simulação molecular, gerenciamento de infraestrutura de energia e modelagem do mercado financeiro.

Os computadores quânticos se destacam na resolução de certos problemas complexos com muitas variáveis. Do desenvolvimento de novos medicamentos aos avanços no desenvolvimento de semicondutores e ao enfrentamento de desafios complexos de energia, a computação quântica pode ser a chave para avanços em vários setores críticos.

Embora não seja mais apenas teórica, a computação quântica ainda está em desenvolvimento. À medida que cientistas de todo o mundo trabalham para descobrir novas técnicas para melhorar a velocidade, o poder  e a eficiência das máquinas quânticas, a tecnologia está se aproximando de um ponto de inflexão. Entendemos a evolução da computação quântica útil cp, os conceitos de vantagem quântica e utilitário quântico.

Utilitário quântico refere-se a qualquer cálculo quântico que apresente soluções confiáveis e precisas para problemas que estão além do alcance dos simuladores de máquinas quânticas de computação clássica de força bruta. Anteriormente esses problemas eram acessíveis somente aos métodos de aproximação clássicos. Geralmente métodos de aproximação específicos para cada problema cuidadosamente elaborados para a exploração das estruturas únicas de um problema específico. A IBM demonstrou um utilitário quântico pela primeira vez em 2023.

Em termos gerais, o termo vantagem quântica descreve uma situação em que o quântico pode oferecer uma solução melhor, mais rápida ou mais barata do que todos os métodos clássicos conhecidos. Um algoritmo que exibe vantagem quântica em um computador quântico deve ser capaz de oferecer um benefício prático significativo além de todos os métodos de computação clássicos conhecidos. A IBM espera que as primeiras vantagens quânticas sejam percebidas até o final de 2026 se as comunidades de computação quântica e de desempenho trabalharem juntas.

Como a computação quântica agora oferece uma alternativa viável à aproximação clássica para determinados problemas, os pesquisadores dizem que ela é uma ferramenta útil para exploração científica, ou que ela tem utilidade. A utilidade quântica não constitui uma afirmação de que os métodos quânticos tenham alcançado uma aceleração comprovada em relação a todos os métodos clássicos conhecidos. Essa é uma diferença fundamental em relação ao conceito de vantagem quântica.

A IBM introduziu duas métricas para fazer benchmark de computadores quânticos: fidelidade de camadas e operações de camada de circuito por segundo (CLOPS).

Um benchmark de altíssimo valor, a fidelidade de camadas fornece uma maneira de encapsular toda a capacidade do processador quântico de executar circuitos, ao mesmo tempo que revela informações sobre qubits individuais, portas e interferência cruzada. Executando o protocolo de fidelidade de camada, os pesquisadores podem qualificar o dispositivo quântico geral e, ao mesmo tempo, obter acesso a informações detalhadas de desempenho e erros sobre componentes individuais.

Além da fidelidade da camada, a IBM também definiu uma métrica de velocidade: operações de camada de circuito por segundo (CLOPS). Atualmente, o CLOPS é uma medida da velocidade com que os processadores podem executar circuitos de volume quântico em série, atuando como uma medida da velocidade holística do sistema, incorporando computação quântica e clássica.

Juntos, a fidelidade da camada e o CLOPS oferecem uma nova maneira de avaliar sistemas mais significativa para as pessoas que tentam melhorar e usar o hardware quântico. Essas métricas facilitam a comparação dos sistemas entre si, a comparação dos nossos sistemas com outras arquiteturas e a reflexão dos ganhos de desempenho em todas as escalas.

A profundidade do circuito também é um recurso essencial de uma unidade de processamento quântico. É uma medida do número de execuções de portas paralelas — o número de etapas em um circuito quântico — que a unidade de processamento pode executar antes da decoerência dos qubits. Quanto maior a profundidade do circuito, mais circuitos complexos o computador pode executar.

Hoje, empresas como IBM, Google, Microsoft, D-Wave, Rigetti Computing e outras produzem hardware quântico real. Ferramentas de ponta que eram meramente teóricas há quatro décadas agora estão disponíveis para centenas de milhares de desenvolvedores. Engenheiros estão entregando processadores quânticos supercondutores cada vez mais poderosos em intervalos regulares, além de avanços cruciais em software e orquestração quântico-clássica. Esse trabalho impulsiona a velocidade e a capacidade da computação quântica necessárias para mudar o mundo.

Agora que o campo alcançou a utilidade quântica, os pesquisadores estão trabalhando arduamente para tornar os computadores quânticos de última geração ainda mais úteis. Pesquisadores da IBM QUANTUM e de outros lugares identificaram alguns desafios importantes para melhorar a utilidade quântica e possivelmente alcançar vantagens quânticas:

1. Dimensionamento de processadores quânticos: embora os processadores qubit usados na computação quântica tenham o potencial de superar enormemente os processadores baseados em bits, os processadores quânticos atuais podem trabalhar com apenas um pequeno número de qubits em potencial. À medida que a pesquisa avança, a IBM planeja introduzir um sistema quântico com 200 qubits lógicos capazes de executar 100 milhões de portas quânticas até 2029, com uma meta de 2.000 qubits lógicos capazes de executar 1 bilhão de portas quânticas até 2033.
2. Dimensionamento de hardware quântico: embora poderosos, os qubits também são bastante propensos a erros, exigindo grandes sistemas de resfriamento capazes de criar temperaturas mais baixas do que o espaço sideral. Atualmente, os pesquisadores estão desenvolvendo maneiras de dimensionar qubits, eletrônicos, infraestrutura e software para reduzir a pegada de carbono, o custo e o uso de energia.
3. Correção de erros quânticos: a decoerência, o processo no qual os qubits não funcionam adequadamente e produzem resultados imprecisos, é um grande obstáculo para qualquer sistema quântico. A correção de erros quânticos exige que codifiquemos informações quânticas em mais qubits do que precisaríamos. Em 2024, a IBM anunciou um novo código de correção de erros cerca de 10 vezes mais eficiente do que os métodos anteriores. Embora ainda haja desafios para implementar códigos de correção de erros quânticos e realizar cálculos com base em informações quânticas codificadas, esse novo código marca um caminho claro para a execução de circuitos quânticos com um bilhão de portas lógicas ou mais.
4. Descoberta de algoritmo quântico: a vantagem quântica exige dois componentes. O primeiro são circuitos quânticos viáveis e o segundo é um meio de demonstrar que esses circuitos quânticos são melhores do que os métodos clássicos conhecidos para resolver um problema quântico. A descoberta de algoritmos quânticos é o que levará as tecnologias quânticas atuais de utilitário quântico para vantagem quântica.
5. Software quântico e middleware: a computação quântica para obter vantagens exige uma pilha de software estável e de alto desempenho para escrever, otimizar e executar programas quânticos. Baseado em código aberto e em Python, o Qiskit da IBM é de longe o SDK quântico mais usado no mundo. É útil para execuções tanto na frota de computadores quânticos supercondutores da IBM quanto em sistemas que usam tecnologias alternativas, como íons presos em campos magnéticos ou têmpera quântica.
6. Supercomputação quântica: no futuro próximo, a computação quântica trabalhará em conjunto com a supercomputação clássica moderna e futura para ser útil. Em resposta, os pesquisadores quânticos estão se preparando para um mundo onde supercomputadores clássicos podem usar circuitos quânticos para ajudar a resolver problemas.