Quantum Computing: O Futuro da Computação em Software Livre

Recentemente, em um artigo anterior e recente de DesdeLinux chamado "A Microsoft lança seu compilador Q # e simuladores quânticos»Falamos um pouco sobre o«Computação quântica«. Mas O que é Quantum Computing? Quais os benefícios e avanços que ela traz? Que tipo de hardware e software você usa? e o mais importante para nós: Existem avanços ou contribuições do Software Livre no campo da Computação Quântica?

Nesta publicação, abordaremos resumidamente todas essas questões para que Tal como acontece com outras novas tecnologias, como supercomputação, inteligência artificial, big data, blockchain, tecnologia 5G, entre outras, podemos ir conhecendo, aprofundando e nos apropriando do conhecimento sobre eles.

Computação quântica é para grandes corporações privadas e potências mundiais uma das principais tecnologias que irão mudar as "regras do jogo" do mundo como o conhecemos. Quer dizer, será uma das próximas grandes inovações na área da computação durante este século, apesar do custo proibitivo e da falta de acessibilidade do mesmo.

Por enquanto, pesquisadores, instituições acadêmicas, organizações privadas e governos trabalham e investem quantias significativas de recursos tecnológicos e financeiros para usar a física quântica de forma eficaz e eficiente em novos computadores para realizar cálculos muito mais rápido do que com os computadores de computação tradicionais.

Computação quântica

O que é computação quântica?

A computação quântica é aquela que tira proveito das características quânticas esperadas das partículas, especialmente sobreposição e emaranhamento, para executar processos e realizar cálculos em velocidades incríveis em relação aos sistemas tradicionais. É ainda uma tecnologia em desenvolvimento cujo florescimento está em pleno andamento.

Além de aplicar as leis da mecânica quântica para processar informações para atingir velocidades mais altas, também você obtém a capacidade de resolver problemas difíceis que a computação tradicional não alcança. E por fim, os computadores que utilizam essa tecnologia armazenam muito mais informações do que os clássicos, ou seja, têm potencial para trabalhar (processar) grandes quantidades de cálculos, executando-o em paralelo e em segundos.

Como funcionam os computadores quânticos?

Os computadores atuais e clássicos usam uma sequência de bits binários. Cada bit usado está sempre em um dos dois estados definitivos conhecidos, zero (0) ou um (1). Eles atuam como interruptores liga e desliga para controlar as funções do computador.

Em contraste, um computador quântico usa bits ou qubits quânticos. Cada um deles pode representar um zero (0) e um (1) simultaneamente. Isso permite que estes possam suportar unidades de dados que ao mesmo tempo podem existir em mais de um estado. Essa característica é uma limitação existente nos computadores atuais da era da computação tradicional que usa sistemas binários.

Como é o hardware quântico?

Os computadores quânticos não podem reutilizar quase nenhum dos HW usados ​​atualmente em computadores clássicos. Uma vez que estes se concentram principalmente no fluxo de elétrons através de fios supercondutores que são resfriados a temperaturas extremas. Portanto, seu resfriamento requer uma combinação de gases superfrios, como o hélio-3, que é um isótopo de hélio que é extremamente difícil de obter.

Os computadores quânticos são construídos por enquanto sob este princípio de criogenia ou super-resfriamento, mas o progresso continua em alternativas mais avançadas e futurísticas, como sistemas baseados em campos eletromagnéticos e controle de laser que poderiam resolver a falta de componentes que a disciplina sofre.

Também países como EUA, por meio de empresas como IBM, Google e Microsoft, está bem avançado no desenvolvimento de seus próprios computadores quânticos. E a China, por meio de empresas como Alibaba e Baidu, não está muito atrás. A Rússia e a Europa ainda estão em planos de P&D.

Que software quântico existe hoje?

No nível comercial, o "Quantum Dev Kit" (Quantum Development Kit) da Microsoft, que é um software proprietário e fechado. Que também pode ser acessado por meio de seu Rede Quântica Microsoft, que nada mais é do que uma rede formada por uma coalizão de parceiros da MS para conseguir compartilhamento de conhecimento e colaboração com os maiores inovadores em computação quântica.

Outro software quântico de empresas privadas, mas lançado como Software Livre, é QUISKIT (Kit de Ciência da Informação Quântica). QUISKIT é um projeto de Software Livre Licenciado Apache criado pela IBM. O QISKIT permite uma interação programática com o processador quântico e simuladores IBM usando código Python que interage com o sistema quântico por meio de uma linguagem de representação intermediária chamada OPENQASM.

Este software livre quântico chamado QUISKIT nasceu em 2017, quando a IBM converteu seu projeto lançado em 2016, chamado "Experiência Quantum”, Através do qual disponibilizou um processador quântico de 5 qubit para todos por meio de sua própria nuvem.

Por enquanto, o QUISKIT é atualmente composto por:

• API: Um wrapper Python na API Quantum Experience HTTP que permite conectar e executar código OPENQASM.
• SDK: Um kit de desenvolvimento para a geração de circuitos e que permite usar a API QISKIT para acessar o hardware do Quantum Experience e os simuladores.
• Idioma: Um conjunto de especificações, exemplos, documentação e ferramentas para a representação intermediária do OPENQASM.

Provavelmente existem muitos outros menos conhecidos, mas atualmente QUISKIT define o padrão no nível quântico do Software Livre. E que tem um API em Python permitirá que programadores em todo o mundo, especialmente aqueles na área de Software Livre, comecem a experimentar e trabalhar com o processador quântico disponível em sua nuvem.

Conclusão

A computação quântica hoje é uma excelente oportunidade de pesquisa e desenvolvimento (P&D) tanto para pessoas (matemáticos, físicos, cientistas da computação e especialistas) quanto para organizações públicas e privadas, na área de informática. Embora esteja atualmente em sua infância, este novo ramo de conhecimento e tecnologia verá seu potencial se desdobrar nos próximos anos. embora, para vê-lo em nossos computadores desktop, leve muitos mais anos após seu desenvolvimento comercial.

Mas seguramente na área de Desenvolvimento de Software Quantum tanto privado quanto gratuito certamente avançarão muito mais rápido, e certamente o Software Livre terá vantagem nesta nova área.