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Microsoft estuda ferramentas quânticas

Na conferência Ignite a Microsoft anunciou o próximo movimento para abraçar a próxima grande revolução da computação: computação quântica.
No final de 2017, a Microsoft lançará uma nova linguagem de programação de computação quântica, com integração do Visual Studio, juntamente com um simulador de computação quântica. Com estes, os desenvolvedores poderão desenvolver e depurar programas quânticos implementando algoritmos quânticos.

A computação quântica usa recursos quânticos, como superposição e emaranhamento para realizar cálculos. Onde os computadores digitais tradicionais são feitos de bits, cada bit representando por um ou zero, os computadores quânticos são feitos a partir de algum número de qubits (bits quânticos).
Os Qubits representam, em algum sentido, um e zero simultaneamente. Essa capacidade de qubits para representar múltiplos valores dá aos computadores quânticos um poder de computação exponencialmente superior ao dos computadores tradicionais usados nos dias de hoje.
Os computadores tradicionais são construídos de portões lógicos – grupos de transistores que combinam bits de várias maneiras para executar operações neles – mas essa construção é em sua grande parte invisível para as pessoas que programam. Os programas e algoritmos não são escritos em portas lógicas; são usadas construções de nível superior, desde aritmética até funções em objetos, e mais. O mesmo não é realmente verdade para os algoritmos quânticos; os algoritmos quânticos que foram desenvolvidos até agora são, de certa forma, mais familiares para um engenheiros eletrônicos do que para os desenvolvedores de softwares, com algorítmos frequentemente representados como circuitos quânticos – arranjos de portas de lógica quântica, através dos quais os qubits fluem – em vez de conceitos de linguagem de programação mais típicos .

A linguagem de programação quântica da Microsoft – ainda não identificada – oferece uma aparência mais familiar para a programação de computadores quânticos, emprestando elementos das programações: C #, Python e F #. Os desenvolvedores ainda precisam usar e entender os portões da lógica quântica e suas operações, mas eles poderão usá-los para escrever funções, com variáveis ​​e ramos e outras construções típicas. Por exemplo, um programa para realizar teletransporte quântico é oferecido como uma espécie de “Olá, Mundo!” para computação quântica:

O fragmento de código acima tem funções EPRe Teleport, juntamente com uma terceira função, TeleportTesttestar que a Teleportfunção funciona. EPRcria um par de EPR de qubits emaranhados, usando um gate Hadamard (H), que gera um qubit com uma probabilidade igual de ser um 1 ou um 0, e um portão controlado-NOT , que enreda dois qubits para fazer o par EPR. A Teleportfunção engloba dois qubits e, em seguida, mede (com M) o valor de um deles. A medida obriga os qubits a ter um valor específico em vez de ambos os valores na superposição.

O idioma é integrado ao Visual Studio. Isso significa que não só o suporte à codificação de cores, mas também outros recursos do Visual Studio, como a depuração, são suportados. O simulador poderá executar programas quânticos e oferecer algo comparável à experiência de depuração Visual Studio tradicional para que os algoritmos possam ser inspecionados conforme eles são executados. Ele terá requisitos de memória bastante significativos. A versão local oferecerá até 32 qubits, mas para isso será necessário 32 GB de RAM. Cada qubit adicional duplica a quantidade de memória necessária.

A longo prazo, é claro, a ambição da Microsoft é que estes serviços possam ser executados em um computador quântico. A Microsoft ainda não tem um, mas está trabalhando nele. A empresa está pesquisando o desenvolvimento de um qubit topológico. Qubits adicionais podem ser adicionados aos algoritmos para corrigir alguns ruído. O número de qubits extras varia de acordo com o algoritmo e o tipo de máquina quântica que estará sendo usada; a princípio, os qubits topológicos precisarão de muito menos correção de erros do que outros projetos de computação quântica.

Essa redução no número de qubits requerida é valiosa porque os protótipos de quantum são muito menores do que o tamanho necessário para realizar trabalhos. O número de qubits necessários depende da aplicação e do campo.
Mas mesmo esses números são enormes em comparação com os computadores quânticos que foram construídos. No ano passado, por exemplo, a IBM ofereceu acesso a um computador de 5 qubit . A esperança da Microsoft é que a proteção de erro maior oferecida por qubits topológicos, eventualmente, tornará mais fácil a criação de computadores quânticos que são suficientemente grandes para o trabalho real.

Contudo, os algoritmo para computadores quânticos são úteís e é necessário que computadores quânticos sejam muito maiores do que o que temos hoje; o factoring de um número com n bits exige cerca de 2n qubits, então estamos falando de 4,000 a 8,000 qubits para quebrar criptografia comum hoje, mas se o a tecnologia foi desenvolvida para construir computadores quânticos com alguns milhares de qubits, esses algoritmos de criptografia tornar-se-ão extremamente vulneráveis.

Em conjunto com o trabalho para desenvolver computadores quânticos e programas quânticos, a Microsoft também está pesquisando os chamados algoritmos de criptografia quânticos resistentes. Estes são algoritmos projetados para serem executados em computadores tradicionais que permanecem seguros mesmo em um mundo com computadores quânticos. Ter esses algoritmos desenvolvidos, comprovados e amplamente implantados levará muitos anos.

Esse futuro de computação quântica é, felizmente, ainda é provável ter muitos anos de desenvolvimento. Por enquanto, a Microsoft está fazendo inscrições para o seu preview quântico. A pré-visualização, com o simulador e a linguagem de programação, será divulgada até o final do ano. Também incluirá tutoriais e bibliotecas para ajudar os desenvolvedores a se familiarizarem com o estilo da computação quântica.

 

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