Computador Quântico: O que está por trás da NOVA ERA da Computação?
Summary
TLDRO vídeo explica o que são computadores quânticos, como eles funcionam de forma diferente dos computadores tradicionais por usarem qubits em superposição, e como isso permite cálculos extremamente rápidos. O vídeo discute a origem da ideia com o físico Richard Feynman nos anos 80, os problemas complexos que computadores quânticos podem resolver como quebrar criptografia atual e modelar comportamento de átomos, e o futuro promissor mas distante da computação quântica acessível.
Takeaways
- 😲 Quantum computers use qubits instead of regular binary bits. Qubits can represent multiple states at once.
- 🤯 Qubits take advantage of the strange effects of quantum mechanics like superposition and entanglement.
- 😎 The idea for quantum computers originated in the 1980s by physicist Richard Feynman.
- 💡 Quantum computers are specialized for complex calculations like nuclear reactions or weather prediction.
- 🔒 They could crack modern encryption which is why some data is being stored now to decrypt later.
- 🛠 Building quantum computers requires cooling chips near absolute zero to maintain quantum effects.
- 👨🔬 Understanding quantum mechanics is notoriously confusing even for experts.
- 🏃♂️ There is already a race underway to make systems 'quantum resistant' with new cryptographic algorithms.
- 🏭 For now, only big companies and governments can afford the price tag for quantum computers.
- 🌟 Quantum computing opens up new frontiers in fields like medicine, chemistry, and meteorology.
Q & A
What is the main difference between a traditional computer and a quantum computer?
-The main difference is that while traditional computers use bits that can be either 0 or 1, quantum computers use qubits which can be 0 and 1 at the same time due to a phenomenon called superposition.
Why are quantum computers kept at near absolute zero temperature?
-Quantum computers need to be kept at near absolute zero temperature because this minimizes atomic motion and allows the quantum particles to be easily manipulated and observed.
Who first proposed the idea of a quantum computer and why?
-The idea of a quantum computer was first proposed by physicist Richard Feynman in the 1980s. He wanted to simulate quantum systems which was not feasible on traditional computers due to the immense complexity of the calculations.
How does a quantum computer provide exponential speedups over traditional computers?
-Due to superposition, adding more qubits exponentially increases the computational states that can be represented. This allows a quantum computer to evaluate all possible states simultaneously instead of sequentially like a traditional computer.
What are some of the use cases where quantum computers can provide major benefits?
-Some major use cases are: complex simulations, cryptography and code breaking, machine learning, financial modeling, weather forecasting, chemistry simulations etc.
What is meant by 'store now, decrypt later'?
-Some organizations are storing encrypted data now hoping that future quantum computers will be able to easily break the encryption so the data can be decrypted.
Why are quantum computers unlikely to be commercially accessible anytime soon?
-The extreme environments required to operate quantum computers currently make them accessible only to large companies and governments due to high costs.
Are quantum computers a replacement or evolution of traditional computers?
-Quantum computers are a completely different technology and not an evolution or replacement of traditional computers. Each has its own strengths and weaknesses.
What are some ways developers can start exploring quantum computing today?
-Developers can start exploring quantum computing using open source frameworks like Qiskit. This allows experimenting with real quantum programs on emulators and real quantum processors.
What did Richard Feynman mean when he said 'If you think you understand quantum mechanics, you don't understand quantum mechanics'?
-He meant that quantum mechanics is extremely counter-intuitive and complex such that claiming a full understanding is likely overstating it.
Outlines
😀 Fundamentos binários dos computadores tradicionais
Este parágrafo introduz o conceito binário que está na base da computação tradicional moderna. Explica que tudo se resume ao bit, a menor unidade computacional, representada por 0 ou 1. Usando o exemplo de uma luz e interruptor, explica que 1 representa a presença de algo e 0 a ausência, como os estados ligado e desligado. Toda a computação moderna se baseia nesse simples conceito de uns e zeros.
😲 Superposição e cubits nos computadores quânticos
Este parágrafo contrasta os bits tradicionais com os cubits ou bits quânticos usados em computadores quânticos. Explica o conceito de superposição da mecânica quântica, onde as partículas subatômicas existem em todos os estados possíveis ao mesmo tempo, até serem medidas. Diferentemente dos bits tradicionais que são 0 ou 1, os cubits podem ser uma superposição entre 0 e 1, permitindo representar mais estados e fazer mais cálculos simultaneamente.
🤯 Complexidade dos problemas solucionados por computadores quânticos
Este parágrafo discute a complexidade dos problemas que podem ser resolvidos por computadores quânticos, mas não por computadores tradicionais. Explica que computadores tradicionais não escalam bem para problemas complexos com muitas variáveis, diferentemente dos computadores quânticos. Dá exemplos de problemas complexos na modelagem atômica, previsão do tempo, logística e genética, que poderiam se beneficiar da velocidade dos computadores quânticos para cálculos complexos.
🔒 Quebra de criptografia e computadores quânticos no futuro
Este parágrafo fala sobre o potencial dos computadores quânticos para quebrar criptografias atuais por força bruta em minutos.Discute o movimento de armazenar dados criptografados agora para decriptar no futuro com computadores quânticos poderosos.Menciona os esforços para tornar sistemas computacionais resistentes à computação quântica, atualizando algoritmos criptográficos.Conclui que computadores quânticos provavelmente não estarão disponíveis para uso pessoal em breve, mas trarão avanços em diversas áreas como medicina e previsão do tempo.
Mindmap
Keywords
💡Computador quântico
💡Qubit
💡Superposição
💡Mecânica quântica
💡Criptografia
💡Algoritmos quânticos
💡Física quântica
💡Simulação
💡Supercomputadores
💡Qubits
Highlights
Quantum computers are increasingly discussed by the media as one of the most promising market areas for the coming decades.
Quantum computers could break all current cryptography, help us understand the universe's origin, among other significant impacts.
Quantum computers are complex to understand, explain, and they solve complex problems.
The challenge of the video is to explain the basics of quantum theory powering these computers and their applicability in a simple way.
The study of quantum mechanics, which looks at the behavior of subatomic particles, has direct implications for virtually everything in our technology.
In quantum computing, a qubit can be in a state of superposition, existing in multiple states at once until measured.
Quantum computers use qubits, which can represent both 0 and 1 at the same time, unlike traditional bits which are either 0 or 1.
Quantum computing could revolutionize fields such as medicine by making it easier to understand how a virus works, potentially saving many lives.
The concept of superposition is a major advantage of quantum computing, allowing for the representation of multiple states simultaneously.
Quantum computers operate in environments close to absolute zero to minimize particle movement.
Richard Feynman's idea of using quantum elements to simulate quantum events led to the concept of quantum computing.
Quantum computing is not an evolution of traditional computing but a completely different technology.
Quantum computers could be particularly good at solving some problems while being slower at others compared to traditional computers.
With just 300 qubits, a quantum computer could potentially represent more states than there are particles in the observable universe.
The race to make our computational systems quantum-resistant has already started, with companies like IBM leading the way.
Transcripts
se tudo que você sabe sobre o mundo quântico foi o que você aprendeu nos filmes do Homem Formiga
esse vídeo aqui vai ser revelador computadores quânticos estão sendo comentados cada vez mais
pela mídia e esse campo tem se mostrado uma das áreas de mercado mais promissoras aí paraas
próximas décadas talvez você até tenha ouvido falar que computadores quânticos são o futuro
da Computação pessoal que eles vão quebrar toda a criptografia existente atualmente que eles vão nos
ajudar a entender a origem do universo e por aí vai entre coisas que fazem muito sentido e outras
que são uma bobagem tão grande quanto um Coach quântico existem características tão interessantes
que poderiam fazer parte de uma ficção científica sem fazer muito esforço computadores quânticos são
complexos são complexos de entender são complexos de explicar e eles resolvem problemas complexos
também mas será que seria possível explicar a base da teoria quântica que alimenta esses
computadores e comentar sobre a aplicabilidade deles de uma forma simples Esse é o desafio do
vídeo de hoje eu passei os últimos dois meses estudando computadores quânticos e a Teoria
no entorno deles para poder trazer para você de uma forma espero compreensível o que é um
computador quântico e para que que ele serve além de responder algumas dessas dúvidas que a gente
tem sobre a aplicabilidade dessa tecnologia mas esse vídeo aqui não seria possível sem o
apoio da hostinger que permite que você faça aí o al é o de servidores não quânticos pelo
menos por enquanto mas regulares que por sorte é exatamente o que todo mundo precisa para colocar
o seu próprio site na internet você pode conhecer as diversas opções acessando hostinger.com.br bar
diolinux e utilizar o cupom de Linux para 10% de desconto no plano que se encaixar com a sua
necessidade de servidor compartilhado até Cloud passando por VPS de todos os
tipos [Música] a nossa viagem para entender computadores quânticos começa com uma pergunta
Ainda mais simples você saberia dizer como funciona um computador tradicional desses que
você tem aí na sua casa Talvez você saiba talvez você acha que sabe saber usar um computador é
diferente de saber como ele funciona saber o que cada peça faz não quer dizer que você sabe como
essas peças funcionam eu fico pensando que é tipo um vaso sanitário sabe a descarga em geral todo
mundo sabe utilizar ela mas nem todo mundo entende como que a descarga funciona com a mecânica e a
física por trás dos processos usados na construção de algo assim que provavelmente você usa todos os
dias a familiaridade que nós temos com objetos como smartphones por exemplo nos dá a ilusão de
que a gente entende como esses objetos funcionam Tecnicamente mas se você precisasse construir um
Smartphone ou um microchip que fosse quais seriam os seus primeiros passos Eu não espero que você
saiba responder essas perguntas essas coisas a abstração de conhecimento é uma das coisas
mais úteis e Poderosas que já foi inventada assim a gente pode utilizar tecnologias sem
realmente saber como elas funcionam facilitando a vida de muita gente por aí o problema é que para
falar de computadores quânticos a gente realmente precisa falar de como os computadores tradicionais
funcionam computadores modernos são uma derivação uma evolução até a gente pode dizer de máquinas
criadas a várias décadas mas que apesar de usarem tecnologias diferentes hoje em dia como chips e
transistores ainda se parecem de forma lógica com aqueles antigos computadores grandes valvulados
isso porque no âmago da Computação moderna Tudo se resume ao bit a menor unidade computacional
representada pelo número um ou pelo número zero a famosa unidade binária mas por sorte
o conceito de binário não é tão difícil assim de entender um representa a presença de algo
zero representa a ausência desse mesmo algo como a corrente elétrica que passa por um interruptor com
a luz ligada nós temos um com ela desligada nós temos zero um representa um estado zero representa
outro como Cara e Coroa ali numa moeda toda a computação tradicional moderna se baseia nesse
simples conceito eu posso escrever seja membro do canal e o computador vai entender apenas um monte
de uns e zeros É bem interessante isso quer dizer uma coisa interessante com a quantidade adequada
de zeros e uns E com o tempo suficiente e essa é uma chave para o seu CPU conseguir processar
as informações a gente poderia fazer Teoricamente qualquer coisa tudo que você faz no seu computador
atualmente seja no seu laptop no seu desktop no seu smartphone no fim das contas são operações
envolvendo zeros e uns numa dança matemática e cheia de Abstrações para você a boa notícia
é que a gente não precisa avançar daqui desse conceito para encontrar a principal diferença
de um computador tradicional para um computador quântico porque eles são diferentes já na sua
própria base enquanto os nossos computadores atuais usam bits um computador quântico usa algo
diferente chamado de cubit ou um bit quântico e diferente do que ocorre com um bit tradicional que
pode ser um ou zero um qbit não tem essa mesma definição ele pode ser zero ou um assim como o
bit tradicional ou ele pode ser uma superposição desses dois entre zero e 1 e aqui Alice é onde a
toca do coelho fica um pouco mais profunda para entender o que que é superposição E por que que
essa ideia é tão fantástica nós vamos precisar falar de mecânica quântica Mas não se preocupe
eu vou tentar simplificar bastante as coisas para que qualquer um possa entender a mecânica quântica
é um ramo da ciência que estuda o comportamento de partículas subatômicas ou seja partículas que são
menores do que um átomo como absolutamente tudo ao nosso redor é feito de átomos e suas subpartículas
incluindo você mesmo e esse dedo que você pode utilizar para dar um like no vídeo o estudo
desse ramo da física pode ter implicações diretas com virtualmente tudo a nossa tecnologia atual
depende fortemente de descobertas relacionadas ao comportamento atômico e a gente nem precisa entrar
no mundo quântico para isso mas se a gente entrar as possibilidades se expandem consideravelmente
Talvez você lembre aí das suas aulas de ciência sobre a estrutura de um átomo sendo representada
desse jeito esse aqui é um átomo de hidrogênio segundo o modelo atômico de huther for bor que é
ensinado nas escolas até hoje eu acredito um átomo de hidrogênio de verdade tem outra aparência mas
isso não vem ao caso o importante é que um átomo como esse é formado por partículas ainda menores
como um elétron que fica ali orbitando o núcleo atômico que no caso do hidrogênio é composto por
um próton nêutrons aparecem em is geralmente Mas nós vamos utilizar o elétron aqui como exemplo
elétrons também tem características que podem ser descritas como Spin que não vem ao caso
detalhar mas que podem estar em dois estados por exemplo spin up ou Spin Down e nós podemos usar
essa característica para criar o equivalente ao sistema de bits tradicionais que nós conhecemos
como se fosse a representação de um e zero dois estados diferentes o conceito de superposição que
é um dos grandes trunfos do computador quântico afirma que uma subpartícula atômica com um elétron
existe probabilisticamente em todos os estados Teoricamente possíveis antes de ser medida ou
seja antes de você saber o Spin do elétron ele pode estar em qualquer lugar literalmente ser
um zero e um um ao mesmo tempo porém quando é medido ou observado o sistema colapsa para algo
mais tradicional apresentando um desses estados um dos exemplos mais famosos de como a mecânica
quântica quebra a nossa intuição sem nenhuma cerimônia o famoso experimento da Fenda Dupla
recomendo aí o vídeo do Brian Green explicando como ele funciona eu vou deixar o link aqui na
descrição Apesar desse efeito de colapso do sistema reduzir os computadores quânticos a
uma versão digamos assim dos nossos computadores tradicionais ao menos sob a percepção de um humano
a matemática não se importa muito com isso e pode utilizar algoritmos que permitam levar
em consideração a superposição para fazer os cálculos e aí que tá o pote de ouro compadores
quânticos podem ser construídos de diversas formas mas no fim das contas tudo se resume a
pegar uma partícula subatômica como um elétron e criar uma espécie de contenção para que ele
possa ser manipulado e observado para que isso aconteça computadores quânticos precisam ser
mantidos muito próximos do zero absoluto onde as partículas praticamente não t movimento essa aqui
é uma imagem clássica de um computador quântico e nessa imagem o processador quântico é basicamente
aquele microchip pequeno que aparece na parte inferior e lembra até um pouco os nossos cpus
tradicionais o restante do que você vê no entorno é um grande cooler basicamente para manter o chip
o mais próximo possível de Zero Kelvin e sim é um trambolhão gigante nos anos 80 Richard Fan um
dos maiores nomes da física moderna tava tentando estudar a física de partículas tentando entender
um pouco mais a respeito do mundo quântico O problema é que sistemas quânticos são instáveis
e o simples fato de observá-los costuma ficar informação como a gente comentou por isso o fan
queria criar uma simulação computacional do mundo quântico para que Ele pudesse estudar de forma
mais direta o comportamento dessas partículas O problema é que os cálculos que ele precisava
fazer eram sempre complexos demais pro poder computacional da época e levava muito tempo
para conseguir qualquer resultado satisfatório não levou muito tempo para ele perceber que desenhar
uma simulação quântica não é possível ou viável num comp compador tradicional já que o custo da
Computação se tornava muito alto uma vez que computadores tradicionais não escalam bem para
resolver os problemas cada vez mais complexos do mundo quântico inclusive isso é só uma lembrança
de que a gente esquece de que qualquer serviço computacional oferecido hoje como de um data
center precisa fazer sentido financeiro e de tempo a energia gasta para alimentar os computadores a
energia gasta para refrigerar os chips e o tempo gasto para realizar as tarefas precisam fazer
sentido dentro do orçamento que se tem para manter essa operação enfim como cálculos quânticos em
computadores tradicionais levariam muito tempo essa conta aí nunca iria fechar ainda mais nos
anos 80 como toda a ideia é genial Pode parecer Óbvio agora mas o Insight que o fan teve naquela
época foi considerar usar elementos quânticos para criar uma ferramenta para simular eventos
quânticos dessa forma criando algo que pudesse lidar com essa matemática complexa e foi assim
que nasceu a ideia de um computador qu uma ideia talvez mais antiga do que você imaginasse né e
se ainda não ficou claro talvez seja importante dizer agora com todas as palavras um computador
quântico não é a nova geração ou a evolução do seu computador aí na sua casa ou dos computadores
tradicionais que nós temos hoje assim como um avião Não é evolução de um carro ainda que eles
possam cobrir objetivos similares às vezes são tecnologias totalmente diferentes essa lógica é
tão verdadeira que um computador quântico pode ser especialmente bom para resolver alguns problemas
enquanto pode ser extremamente lento para resolver alguns outros que o seu computador tradicional
resolveria não piscar de olhos para que você tenha uma ideia da eficiência de computadores
quânticos para problemas complexos considere por exemplo que um bit tradicional só pode ser
um ou zero lembra então nós podemos dizer que se nós tivermos dois bits eles podem ser ordenar de
quatro formas possíveis 0 0 1 1 z0 ou um 1 não é assim ass que se representa os números binários
em computação de verdade já que nós escrevemos os nossos dígitos usando conjuntos de 8 bits mas
Digamos que esses pares representem certos valores como 0 1 2 e 3 Beleza se eu quiser fazer qualquer
cálculo utilizando esse conjunto de bits eu vou precisar fazer a operação quatro vezes Digamos
que eu queira descobrir o quadrado de cada um desses valores que eles representam eu teria
que fazer o 0 0 Quad 0 1 qu 1 0 qu 1 1 qu e teria como resposta Z 1 4 e 9 repare que para fazer essa
operação eu precisei de dois bits para representar o número um zer e um um e eu precisei fazer
quatro operações para encontrar as minhas quatro respostas desconsiderando os bits necessários ali
para fazer a operação em si como é só um exemplo né a gente pode fazer de conta que seria simples
assim como um qbit tá em superposição ele pode ser qualquer valor entre zero e 1 ao mesmo tempo
então nesse cenário se eu tiver dois cubits Eles não precisam estar em zero e um quatro
vezes diferentes pra gente fazer a mesma operação eles vão estar em qualquer variação desses dois
no mesmo momento desse jeito eu não preciso de quatro pares de bits diferentes para representar
quatro números eu só preciso de dois cubits onde ambos serão zero e um ao mesmo tempo desse jeito
eu posso fazer o quadrado desses cubits numa única operação e o resultado também vai tá
em superposição obviamente se eu adicionar apenas mais um qbit nessa história totalizando três agora
eu posso representar oito estados diferentes e fazer um cálculo que inclua oito variáveis de uma
única vez enquanto na computação tradicional eu teria que enfileirar oito operações e resolver uma
por vez é essa a mágica da velocidade da resolução de cálculos através de computadores quânticos com
um computador quântico de apenas 300 kbits graças a essa propriedade exponencial a a gente poderia
ser capaz de representar mais estados ao mesmo tempo do que o valor de partículas que existem
em todo o universo observável eu nem preciso dizer que quando a sua métrica de comparação
é literalmente universo não tem como dizer que é pouca coisa né o seu computador tradicional
é perfeitamente rápido para resolver cálculos tradicionais para você mesmo navegar na internet
para rodar softwares por conta disso o campo onde os computadores quânticos se destacam é o ramo de
cálculos imensos você já deve ter ouvido falar de supercomputadores certo a questão é para certos
problemas nem mesmo os melhores supercomputadores que nós temos hoje em dia são tão super assim os
supercomputadores são computadores tradicionais de grande pote que somam o poder computacional de
vários tipos geralmente com milhares de núcleos típicos de CPU e GPU também e é para eles que
os engenheiros e os cientistas correm quando querem resolver problemas realmente complexos
nesse ramo um problema considerado complexo digamos assim é um que tenha muitas variáveis
diferentes interagindo umas com as outras de forma complexa como modelar o comportamento de
átomos individualmente numa molécula melhores rotas de transporte por exemplo de mercadorias
ao redor de todo mundo a movimentação atmosférica das partículas que ajudaria na previsão do tempo
A genética de qualquer vida sobre o planeta Entre várias outras coisas entre elas uma que
talvez tenha dado mais fama aí aos computadores quânticos nos últimos tempos é a criptografia
hoje mesmo existem alguns estados países aí ao redor do mundo e até mesmo pessoas
armazenando dados confidenciais criptografados de diversas pessoas e entidades como senhas detalhes
bancários informações governamentais sigilosas E por aí vai tudo isso com uma esperança nos
computadores quânticos no futuro nenhum super computador tradicional consegue quebrar a nossa
criptografia atual por força bruta em um tempo viável esses dados estão sendo armazenados no
movimento conhecido como sndl ou Store Now decrypt later ou seja armazena agora e decrypt depois a
esperança é que em alguns anos mesmo que sejam algumas décadas existam computadores quânticos
que a gente consiga controlar poderosos o suficiente para quebrar a criptografia de
todos esses arquivos em poucos minutos Graças lá ao milagre dos cubits e a forma com que um
computador quântico funciona dada a natureza dos computadores quânticos e os ambientes extremamente
controlados que eles precisam somente Grandes Empresas e estados devem conseguir ter esse tipo
de equipamento por causa do custo pelo menos por enquanto apesar da ideia de um computador quântico
acessível pro uso assim parecer algo um pouco distante a corrida para tornar os nossos sistemas
computacionais Quantum resistentes já começou na verdade a IBM aí é uma das empresas de maior
destaque nesse segmento e no quantum summit do ano passado foi discutido justamente ente como fazer
com que a nossa tecnologia atual continue segura e criptografada na era dos computadores quânticos
Existem várias campanhas aí pro chamado pqc que é o mundo pós computação quântica para atualizar
os nossos algoritmos criptográficos e felizmente já existem alguns algoritmos disponíveis também
que tendem a ser lapidados aí com o tempo computadores quânticos não vão estar na sua
mesa ou no seu bolso muito em breve Provavelmente você nem ia achar alguma utilidade para eles mas
eles são um campo fascinante a explorado quando se fala em profissões do futuro na
área Tech raramente se vê alguém falando desse Campo desse jeito e sinceramente acho que ele
é bem promissor com ainda poucos especialistas eu quero agradecer ao membro do canal M Cyber
Linux que sugeriu esse assunto há algum tempo num dos vídeos exclusivos para membros que nós
temos para quem ficou curioso para colocar a mão na massa fica a dica de você explorar o Kiss kit
um frame work open source para trabalhar com computadores quânticos Quem sabe você pode
ajudar a construir uma nova era na computação dessa forma e até ajudar a revelar alguns dos
maiores mistérios da existência né muitos Campos vão se beneficiado do estudo de números complexos
através de computadores quânticos como a medicina a possibilidade de entender com maior facilidade
como um vírus funciona vai ajudar a salvar muitas vidas por exemplo você já deve ter
percebido também que a previsão do tempo é dada em percentual hoje em dia né tantos por Cent de
chance de chuva em uma determinada área mas você já parou para pensar O que que significa
quando tem 50% de chance de chuva é basicamente o meteorologista dizendo a gente não faz ideia
nenhuma do que que vai acontecer tem a mesma chance de chover e de não chover quem sabe com
computadores quânticos prever o comportamento da atmosfera assim seja um pouco mais simples e com
sorte você saiu desse vídeo tendo uma noção um pouco mais clara do que são computadores
quânticos e para que que eles são utilizados infelizmente a mecânica quântica é um assunto
realmente complexo e mesmo simplificando um pouco as coisas ainda existem ali certas descrições que
podem ser um pouco difíceis de compreender então dá uma olhada nos links na descrição mas se serve
de algum consolo o prprio Richard Fan que eu tinha citado antes uma vez disse se você acha que
entendeu a mecânica quântica você não entendeu a mecânica quântica até a próxima gente falô
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