A Computação Quântica e o Coronavírus

A não ser que você leitor esteja vivendo em algum mundo paralelo (o que é teoricamente possível graças aos estudos da física quântica :P), vivendo em alguma caverna ou curtindo a vida em alguma ilha particular ensolarada, é bem provável que você também tenha sido impactado pelo Coronavírus, que gerou uma pandemia, ou seja, uma epidemia no mundo todo.

(Até Tom Hanks, o náufrago, foi infectado pelo Covid-19, transmitido pelo Wilson?)

A computação quântica até então foi alvo de investimentos estratégicos de vários governos e empresas ao redor do mundo, ganhando inclusive neste ano um investimento especial de 500 milhões de dólares da administração de Donald Trump nos EUA. Apesar dos cortes deste governo em outros ramos da ciência, a computação quântica continua como um setor estratégico prioritário, porém focando especialmente em questões de segurança nacional. Por conta da pandemia do Coronavírus, estamos tendo a oportunidade de perceber o quanto as tecnologias de computação quântica poderão ajudar a gerenciar outras crises no futuro, relacionadas à saúde.

(O supercomputador Summit da IBM)

A IBM através do supercomputador Summit, que é o supercomputador mais rápido do mundo, está ajudando na identificação de dezenas de substâncias que podem conter o avanço do Covid-19. Os pesquisadores do laboratório Nacional Oak Ridge estão tendo a oportunidade de realizar milhares de simulações de compostos químicos que podem impedir o contato do vírus com células humanas. Eles analisaram 8 mil substâncias com o poder do Summit de 200 quadrilhões de cálculos por segundo, levando 2 dias para efetuar todas as operações e chegaram a 77 compostos estratégicos. Computadores normais levariam meses para realizar estes cálculos, mas a grande questão é, quanto tempo levaria com o uso de computadores quânticos? Como que ficariam os cálculos nos ramos da epidemiologia, Bioinformática e a modelagem de moléculas, com o uso de tanto poder computacional?

UQ News 01

Comunicados Quânticos

Olá povo quântico!

Dando continuidade aos posts das notícias quânticas mais relevantes no cenário mundial (e quem sabe dos múltiplos universos), nesse ano estamos mudando nossa forma de dá-las. Ao invés de indicarmos o mês e ano como estávamos fazendo, iremos começar a numerá-las e adotaremos as iniciais do nosso amado, estimado e idolatrado blog (salve, salve) para seu título. Acompanhando a lei de Moore, esse é o nosso primeiro número da nova era quântica!

Pesquisas Quânticas

Por falar em múltiplos universos, iremos começar com eles. Dois físicos russos da Universidade Federal do Báltico Immanuel Kant (IKBFU), Artyam Yurov e Valerian Yurov, propuseram através de seus estudos recentes que o universo é um grande computador quântico que interage com vários universos, ou seja, nós seriamos uma partícula subatômica vivendo uma simulação. Isso indica que nosso universo estaria num estado de superposição com outros universos e, dessa forma, interagindo com eles. Eles afirmam que a matemática e a ciência funcionam melhor se levarmos em consideração que tudo possui características quânticas. Será que já vivemos num grande computador quântico? Na resenha feita por nós, Seth Lloyd em seu livro “Programming The Universe” teoriza a ideia do universo ser um grande computador quântico.

Em novembro do ano passado aconteceu o simpósio FAPESP Week France que reuniu pesquisadores do Estado de São Paulo e da Universidade de Lion, cujo assunto das apresentações foram os fenômenos físicos e a manipulação da luz para a transmissão de informação. Marcelo Martinelli e Paulo Nussenzveig do IF-USP (Instituto de Física da USP), apresentaram os resultados do experimento de entrelaçamento com 6 ondas de luz geradas por uma fonte de laser, chamado de Oscilador Paramétrico Óptico (OPO).

Fernando Brandão – Um Brasileiro em Terras Quânticas

Com todo esse frenesi em torno da supremacia quântica, não foi deixado de notar o dedinho (a mão, o braço, a mente… enfim…) de um brasileiro que não teve medo de encarar esse mundo bem estranho no meio de gente também estranha. Esse é o brasileiro Fernando Brandão.

Professor Fernando Brandão

O físico docente do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), Fernando Brandão, aos 36 anos contribuiu no desenvolvimento do computador quântico da Google Sycamore que resolveu em 200 segundos um problema que levaria 10 mil anos para os computadores clássicos solucionarem. Se você, leitor, não estava em outro mundo já deve ter ouvido essa noticia, senão acessem esse link para saber mais sobre a supremacia quântica.

Mas quem é o professor Fernando Brandão? De que universo paralelo ele surgiu? Porque aqui no Brasil não conseguimos um sanduíche de mortadela para incentivar alguém a chegar nesse patamar… “Palma, Palma… não priemos cânico!!” Ele é aqui do planeta Terra, mais precisamente do Brasil… de Minas Gerais!!! Após graduação em física, descobriu na internet a computação quântica. A partir daí concluiu em 2005 o mestrado sobre emaranhamento na UFMG e partiu para o doutorado no Imperial College de Londres, na Inglaterra, financiado pela CNPQ, entre 2005 e 2008. Continuou na Inglaterra onde fez seu pós doutorado e antes de ocupar o cargo máximo da divisão de teoria física, matemática e astronomia da Caltech em 2015, ele rodou o mundo passando pela Suíça, fazendo outro pós doutorado básico na UFMG e na divisão de Redmond da Microsoft.

Noticias Quânticas – Outubro/2019

Estamos de volta com as notícias mais relevantes do mundo quântico desse mês de outubro de 2019.

Começaremos falando resumidamente da polêmica quântica que está no ar repercutindo nos mais diversos universos paralelos entre as gigantes Google e IBM. A Google afirma ter obtido a supremacia quântica através do experimento executado no computador quântico Sycamore, mas a IBM contesta veementemente. Clique e confira o post completo sobre o tema em: Polêmica no Mundo Quântico – Google x IBM: Quem tem a Razão na Supremacia Quântica.

Summit x Sycamore: A batalha da década

Em resposta a Google, a IBM Research revelou no dia 25/10 uma nova técnica de nanotecnologia que permite posicionar cada átomo e controlar suas propriedades. A técnica utiliza um STM (Microscópio de Túnel de Varredura) com um instrumento semelhante a uma agulha para encontrar e empurrar os átomos. Os cientistas usaram explosões de microondas, enviadas da ponta do STM, para organizar, ordenar e direcionar os átomos. Essas explosões forçam os átomos a girarem de acordo com o desejado e, dessa forma, conseguiram simular o emaranhamento quântico criando um qubit. Caso desejem ler o artigo publicado na revista Science, e tenham acesso, clique no link a seguir: Coherent spin manipulation of individual atoms on a surface.

Polêmica no Mundo Quântico – Google x IBM: Quem tem a Razão na Supremacia Quântica

Extra!! Extra!! Extra!!! A treta no mundo quântico está rolando solta.

O Artigo

No dia 23/10/2019 a Google publicou um artigo na revista Nature o resultado de 5 anos de estudo afirmando que atingiu a supremacia quântica ao conseguir realizar um calculo matemático em três minutos e vinte segundos no computador quântico de 53 qubits chamado Sycamore, que demoraria 10 mil anos para ser feito por um computador clássico. O resultado ainda será discutido pela comunidade científica. É o mesmo estudo incompleto publicado no site da NASA erroneamente (só pode ter sido o estagiário) em setembro deste mesmo ano. Além do financiamento da Google, a pesquisa reuniu 76 pesquisadores de 10 diferentes instituições como a NASA, Google research, Caltech e universidades dos EUA e Alemanha, como a de Massachussets e da Califórnia em Santa Bárbara. O artigo se encontra disponível neste link.

A Máquina da Discórdia

Apesar da Google ter desenvolvido um processador de 72 qubits no inicio de 2018, o de 53 qubits recebeu maior foco por seus resultados se apresentarem próximo da supremacia quântica. Além disso, o processador de 72 qubits apresentou grande instabilidade devido a um erro no projeto. A tão controversa supremacia quântica foi atingida quando os pesquisadores conseguiram desvendar o funcionamento de um gerador de números aleatórios, o qual demoraria 10 mil anos a ser decifrado no mais potente supercomputador do mundo, o Summit da IBM.

O chip apesar de ter menos de 2 cm, pois cada qubit mede cerca de 1 milionésimo de centímetro, necessita de um sistema de resfriamento de 1,80 m x 60 cm de diâmetro à temperatura de -272.99ºC por meio do gás Hélio para manter a estabilidade dos qubits, além de cada um deles serem alimentados por 3 cabos destinados a amplificação do sinal e eliminação de possíveis interferências. Tão grande que lembra nosso saudoso ENIAC nos primórdios da computação…

Nos primórdios o ENIAC, na atualidade Sycamore: nada mudou

Noticias Quânticas – Setembro/2019

Olá amiguinhos!

Estamos voltando com as notícias mais relevantes do mundo quântico desse mês de setembro de 2019.

A gigante IBM continua sua corrida pela supremacia quântica anunciando o 14º computador quântico desenvolvido pela empresa agora com meros 53 qubits e deve disponibilizá-la para o publico no próximo mês de outubro. Segundo a companhia, seu novo computador quântico possui uma malha maior e com maior capacidade para a execução de experimentos emaranhados e de conectividade mais complexos tornando mais confiável as implementações em nuvem, além de componentes personalizados mais compactos e novo design para o processador. A empresa acredita que computadores quânticos em nuvem deverão começar a serem utilizados comercialmente num período de 3 à 5 anos.

A IBM está inaugurando o Quantum Computation Center, localizado em Nova York. Esse novo espaço quântico será mais amplo contando com 5 computadores de 20 qubits, mas a expectativa é que esse número aumente para 14 em outubro. O objetivo da empresa é produzir sistemas quânticos capazes de solucionar os problemas enfrentados pelos seus clientes que não podem ser resolvidos pelos métodos clássicos. Ainda nesse investimento da computação quântica, a IBM disponibiliza um livro online que ensina a computação quântica usando o Qiskit em apenas 5 capítulos (e vários subcapítulos). Acessem este link e divirtam-se.

VII Paraty Quantum Information

Olá amiguinhos quânticos!

Desculpe-nos a nossa longa ausência aqui no blog, mas a nossa ex-presidente Dilminha não quis nos liberar umas verbas de pesquisa e com os cortes de verbas do titio Bolsinha fica difícil sobreviver nesse país só com posts no blog. Hahaha…

Brincadeiras à parte, estamos aqui para promover um evento muito importante na área da computação quântica que ocorre a cada 2 anos iniciando desde 2007 na cidade de paramim… digo… Paraty chegando à sua sétima edição: o VII Paraty Quantum Information School and Workshop.

Esse evento contará com workshops (ainda sendo confirmados) e as palestras confirmadas de:

• Alejandro Perdomo-Ortiz da Zapata Computing
• Antonio Zelaquett Khoury da Fluminense Federal University
• Daniel Cavalcanti da ICFO
• Olivier Pfister da University of Virginia
• Sabrina Maniscalco da Turku University
• Yelena Guryanova da IQOQI-Vienna

As inscrições mais baratas (para os pobres) começam a partir de amanhã dia 27/05/2019 e irão até 07/07/2019. De 08/07/2019 à 31/07/2019, as inscrições nesse período são mais caras (para os ricos).

Clique aqui para mais informações de datas e aqui para saber os valores.

Todos estão estão convidados ao evento, mas não levem seus gatos. Pode ser que eles voltem… ou não…

E ai? Vai me levar ou não?

Até o próximo post… ou não…

Portas lógicas quânticas: Genius at Work!

Vamos falar hoje um pouco sobre as incríveis portas lógicas quânticas!

Diferentemente das portas lógicas clássicas, as portas quânticas trabalham com Qubits, e isto muda todo o paradigma conhecido. A primeira diferença é que todas as portas lógicas quânticas são ditas reversíveis. Outro ponto é que as portas são representadas por matrizes unitárias , onde  é o número de Qubits que a porta lógica quântica está transformando. As principais portas são:

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Hadamard gate

Esta porta atua em um único qubit. Ela mapeia o estado inicial  para  e  para  . A medida terá probabilidades iguais de se tornar 1 ou 0. Ela cria superposição. É representada pela matriz de Hadamard: .

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Pauli-X gate

Esta porta atua em um único qubit. É o equivalente quântico da porta lógica clássica NOT. Ela mapeia o estado inicial  para  e vice versa. É representada pela matriz de Pauli: .

Pauli-Y gate

Esta porta atua em um único qubit. Ela mapeia o estado inicial  para  e  para . É representada pela matriz de Pauli Y: .

 

Pauli-Z gate

Esta porta atua em um único qubit. Ela mantém o estado inicial  inalterado e mapeia  para . É representada pela matriz de Pauli Z: .

A Computação Quântica

Após 9 meses de vida, para comemorarmos o nascimento do nosso blog (é menino ou menina?) e nossos mais de 50 posts durante esse tempo, enfim um post sobre a computação quântica em si. Sempre falamos mal… er… digo… sobre ela, mas nunca um post exclusivo sobre o tema principal de nosso blog preferido era feito (só após diversas ameaças de morte de nossas contrapartes de outros universos, admito…).

• O Problema

Agora seus problemas acabaram-se. Só que não. Os problemas estão apenas começando graças a Gordon Earl Moore. Em meados da década de 1960, ele afirmou que a cada 18 meses dobraria o número de transistores num processador, aumentando sua capacidade de processamento, com o mesmo custo de fabricação. Isso implica que, por causa dessa evolução, no ano de 2020 cada bit terá a dimensão de um átomo alcançando o limite para sua evolução. Essa teoria ficou conhecida como a Lei de Moore.

 

Gordon Earl Moore e sua lei

• A Solução

Cada vez menor, o transistor está chegando ao limite devido a estrutura física do material utilizado em sua fabricação, o silício, que devido ao tamanho perde as características de condutividade elétrica necessário para o processamento. O grafeno é um material que está sendo pesquisado para substituí-lo, porém se chegamos ao tamanho atômico por  que não pesquisar e utilizar as propriedades da física que regem o mundo subatômico para criar dispositivos eletrônicos que aumentem a capacidade de processamento próximo da velocidade da luz?

O panorama brasileiro na computação quântica

Como nós discutimos aqui no blog, a computação quântica é uma das grandes promessas da ciência para o século 21, com todas as suas implicações e mudanças de paradigma. Por conta disso, vale a pena analisar como anda o panorama brasileiro nesta área, para que os interessados nesta nova ciência saibam o que esperar do Brasil.

Segundo a matéria da revista Época Negócios, de fevereiro de 2017, intitulada “Precisamos falar sobre computação quântica“, o Brasil conta com 104 pesquisadores do tema atualmente, número bem diferente dos 2.455 da união européia, segundo a mesma publicação. Estes pesquisadores brasileiros estão quase todos no Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Informação Quântica, o INCT-IQ site neste link, que se trata de uma organização criada em 2009 pelo estado de São Paulo por meio do programa “Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia“, através do Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) via uma parceria entre o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). O instituto nasceu após ser aprovado em um edital lançado em 2008 e tem a sua sede na Unicamp. Segundo o próprio site do INCT-IQ:

“O INCT-IQ congrega pesquisadores das áreas de óptica clássica, óptica quântica, física atômica, física do estado sólido, teoria da informação clássica e quântica e ciência da computação do país. São 20 grupos de pesquisa, 12 laboratórios, em 15 instituições localizados em sete estados do país, formando uma rede científica que trabalhará de forma coerente e coordenada.”

Os estados brasileiros que tem instituições ligadas ao INCT-IQ são: Alagoas, Ceará, Espírito Santo, Minas Gerais, Paraná, Pernambuco, Rio de Janeiro e São Paulo. Segundo o portal da transparência, o INCT-IQ recebeu um aporte total de R$ 6.416.400, por um período total de 8 anos, começando em 11/08/2009 e terminando a vigência em 13/12/2017. Estas informações estão disponíveis neste link. O valor de aproximadamente 6,5 milhões de reais pagos em 8 anos contrasta muito com o investimento da União Européia de 1 bilhão de euros (3,7 bilhões de reais na cotação atual, ou aproximadamente 570 vezes mais que o investido pelo Brasil no longo período de 8 anos). Os grupos que compõe o INCT-IQ, são, segundo a página do instituto:

Grupo	Sigla	Instituição
Enlight	ENLIGHT	UFMG
Grupo de Caos Quântico e Informação Quântica	GCQIQ	CBPF
Grupo de Informação e Computação Quântica	GICQ3	UFU
Grupo de Informação Quântica	GIQ	UFABC
Grupo de Informação Quântica	GIQ2	UEPG
Grupo de Informação Quântica e Fenômenos Críticos	GIQFC	UFF
Grupo de Informação Quântica Teórica	GIQT	UFSCar/USP-São Carlos
Grupo de Matéria Condensada Teórica	GMCT	UFRJ
Grupo de Óptica Quântica e Informação Quântica	GOIQ	UFRJ
Grupo de Óptica e Informação Quântica	GOIQ2	UFF/UFF-Volta Redonda
Grupo de Óptica e Materiais	GOM	UFAL
Grupo de Óptica Quântica	GOQ	UNICAMP
Grupo Processamento da Informação Quântica por Ressonância Magnética Nuclear	GPIQRMN	CBPF; USP/São Carlos; UFES
Grupo Teoria da Codificação Quântica	GTCQ	UNICAMP
Laboratório de Colisões Atômicas e Moleculares	LACAM	UFRJ
Laboratório de átomos Frios	LAF	UFRJ
Laboratório de Tecnologia da Informação Quântica	LATIQ	UFC
Laboratório de Comunicações Quânticas	LCQ	PUC-RIO
Laboratório de Interações Atômicas	LIA	USP/São Carlos
Laboratório de Informação Quântica com Sistemas Atômicos	LIQA	UFPE
Laboratório de Manipulação Coerente de Átomos e Luz	LMCAL	USP
Laboratório de Óptica Quântica	LOQ	UFRJ
Grupo de Teoria	T1	UNICAMP
Grupo de Teoria	T2	USP

Outro fato importante para se ressaltar, é que o Brasil não conta atualmente com nenhuma grande empresa ou mesmo startups fazendo investimentos na área da computação quântica, desenvolvendo soluções ou investindo em pesquisas. Esse cenário vazio é diametralmente diferente do que existe no Canadá, EUA, Ásia (China, Japão, Coréia do Sul), na Europa e Austrália, com diversas grandes empresas e startups investindo na área, fato que pode ser visto na nossa série de posts das Startups de computação quântica e das Corporações Quânticas, aonde podemos ver grupos de grandes empresas e startups investindo milhões de dólares na área e contratando alguns dos melhores cientistas do mundo para desenvolver a computação quântica.

Todo ano ocorre um evento em Paraty, no estado do Rio de Janeiro, sobre computação quântica, aonde os maiores nomes da área se encontram, o Paraty Quantum Information disponível neste link. Este é o panorama brasileiro hoje, para a computação quântica. Para que a área realmente cresça, muitos investimentos deverão ser feitos, ao custo do Brasil perder esta onda histórica que irá afetar o mundo muito fortemente em breve.