Computação Quântica e Física

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Conteudista: Prof. M. André Luís Marquesi
ESTUDOS DE CASO
FECHAMENTO
Revisando os Conceitos
Material Complementar
Estudo de Caso 1
Estudo de Caso 2
Estudo de Caso 3
Feedback
Referências
Plano de Acompanhamento de Carreira em
Engenharia Mecatrônica VII.
Olá, estudante!
Vamos iniciar a disciplina abordando os conceitos necessários para que você possa realizar a
atividade através das situações-problema mais à frente.
Computação Quântica: Um Breve Histórico e Noções da
Física Quântica para o Entendimento de Engenheiros
Mecatrônicos Deste Novo Paradigma Computacional
O texto  a seguir traz "Noções de Física Quântica", e aborda o movimento das partículas
microscópicas de acordo com a teoria ondulatória de Louis de Broglie, em vez das leis de Issac
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Revisando os Conceitos
Atenção, estudante! Aqui, reforçamos o acesso ao
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professor. Será muito importante para o
entendimento dos estudos de caso.
Newton. A função de onda proposta por de Broglie descreve casos simples, como partículas
livres, mas não é suficiente para situações mais complexas. Werner Heisenberg desenvolveu
um formalismo matricial para a física quântica, mas foi Erwin Schrödinger quem elaborou a
equação definitiva, inaugurando a Mecânica Quântica. Este texto explora a história desta
equação, a biografia de Schrödinger e a interpretação de Max Born sobre suas implicações
filosóficas.
Aborda-se o conceito fundamental da física quântica, que é a equação de Schrödinger. Mesmo
se você não dominar cálculos ou não tiver conhecimento prévio, poderá entender o significado
dessa equação assistindo até o final. Vamos explorar a origem da Equação de Schrödinger, sua
importância, como foi desenvolvida e, principalmente, o que ela representa e qual é o seu
significado.
A equação de Schrödinger é um conceito fundamental na física quântica, sendo considerada a
base matemática essencial para a compreensão dessa área do conhecimento. Embora envolva
cálculos matemáticos um pouco complexos, nesta breve introdução pretende-se tornar a
matemática mais acessível, simplificando a equação de Schrödinger para facilitar a
compreensão. Explica-se, assim, de maneira cientificamente correta o significado e a
importância dessa equação, para que todos possam compreender sua essência.
Noções de Física Quântica
Uma breve introdução sobre Ondas de Matéria. Louis de Broglie, físico francês, que propôs que
a matéria pode ter um comportamento dual, ou seja, pode se comportar tanto como partícula
quanto como onda. Ele determinou o comprimento de onda associado à matéria, o que foi
confirmado experimentalmente. No entanto, sua hipótese ainda é limitada a objetos com
velocidade constante. Para levar em consideração partículas sob ação de forças, é necessário
desenvolver uma equação mais abrangente.
Segundo Tipler e Liewellyn (2017, cap. 5), Louis de Broglie descreveu um comportamento
ondulatório da matéria e “expressou sua hipótese matematicamente através de equações para a
frequência e comprimento de onda das ondas de matéria, hoje conhecidas como relações de
Broglie: f= E/h e λ= h/p; onde E é a energia total, p o momento e λ o chamado comprimento de
onda de de Broglie da partícula.
Nesta hipótese encontrada por Broglie, reflete-se a existência de uma limitação. A onda,
apresenta-se com uma velocidade constante, e, portanto, tem um comprimento de onda
constante. No entanto uma partícula está sob ação de forças, e assim sendo, esta partícula não
vai permanecer com a velocidade constante, e sim apresentar-se-á com uma velocidade
variando a todo tempo.
Seguindo a teoria de Broglie, é possível atribuir a cada partícula uma função de onda, que
passaremos a chamar agora de um símbolo grego Psi, Ψ. Na física, existem diversas maneiras
de relacionar uma onda a algo. Uma onda é um fenômeno que oscila matematicamente e, para
associar uma função de onda a algo, é necessário ter uma função que oscile, como seno,
cosseno e outras funções que desempenham esse papel. A equação que segue Ψ(x,y)= sen 2π
(x/λ-vt) e pode ser ilustrado na figura abaixo, extraído de Tipler e Liewellyn (2017, cap. 5, p. 52).
  Figura 1   Parâmetros que caracterizam uma onda harmônica,
representada no instante
Fonte: Adaptada de Tipler; Liewellyn. 2017, p. 52
Erwin Schrödinger nasceu na Áustria em 1887 e foi influenciado pela mãe, que era metade
inglesa e o ensinou a falar inglês. Graduou-se em física em 1910 pela Universidade de Viena,
onde trabalhou até 1920. Durante a Primeira Guerra Mundial, serviu na linha de frente e
continuou estudando física. Em 1920, passou a trabalhar na Universidade de Zurique, onde em
1926 desenvolveu sua famosa equação. Permaneceu até 1927, quando foi para a Universidade
de Berlim. Em Berlim, Schrödinger desenvolve uma amizade com Einstein, que se torna
fundamental em sua vida. Com a ascensão de Hitler ao poder em 1933, ocorre uma perseguição
aos judeus na Alemanha, Einstein, judeu, vai para os EUA. Schrödinger, não judeu, abandona o
país por discordâncias políticas e passa por diversas universidades, até se estabelecer em
Dublin, onde falece em 1961. Esse período marcou a vida e o trabalho de Schrödinger devido aos
acontecimentos políticos e sociais da época.
A Equação de Schrödinger
O Schrödinger ficou mais conhecido pelo seu experimento mental do gato de Schrödinger. O que
é a famosa equação de Schrödinger? Schrödinger parte da relação de Louis de Broglie, que
relaciona um comprimento de onda a uma partícula. É importante ressaltar que a hipótese de
Louis de Broglie é válida apenas para partículas com uma quantidade de movimento constante,
ou seja, com uma velocidade constante, que não muda. Schrödinger desenvolve uma equação
geral para partículas sujeitas a forças, ou seja, para partículas cuja velocidade está em
constante mudança e cuja quantidade de movimento está se alterando. Na verdade, o
Schrödinger faz exatamente o que Newton fez para desenvolver o princípio da dinâmica, através
da fórmula f = ma. Essa fórmula é um pouco mais complexa do que a aparenta, Newton teve que
desenvolver o cálculo diferencial e integral para chegar a ela, partindo da equação de uma
partícula se deslocando no espaço com velocidade constante, e desenvolvendo equações para
uma partícula sujeita a forças. Schrödinger faz o mesmo processo, mas em vez de considerar a
equação da partícula, ele usa uma função de onda, pois De Broglie havia mostrado que as
partículas têm uma função de onda associada. No entanto, realizar esse processo com uma
função de onda é muito mais desafiador do que o que Newton enfrentou, já que ele teve que
inventar todo um ferramental matemático para desenvolver seu princípio fundamental da
dinâmica. Schrödinger propõe fazer o mesmo que Newton, mas ao invés de usar uma equação
partícula, usa uma equação de função de onda, para investigar o que acontece com a função de
onda quando ela está sob a ação de forças.
Cabe aqui uma reflexão sobre os fundamentos da Equação de Schrödinger fundamenta-se em
duas ideias: primeiro, no conceito de comprimento de onda proposto por de Broglie, que está
relacionado com o momento e a velocidade da matéria, da partícula, e também no postulado
de Einstein de que a energia é dependente da frequência. Ao unir essas relações, Schrödinger
desenvolve sua equação a partir delas, e se questiona: como posso determinar a energia de
uma partícula associada a uma onda, considerando que a energia está ligada à frequência, uma
propriedade ondulatória? A partir disso, e do postulado de Broglie e da conservação de energia,
ele estabelece a hipótese de que a energia total é a soma da energia cinética da partícula e da
energia potencial dessa partícula. Note que aqui entra a influência das forças, uma vez que ao
incluir a energia potencial na equação, estamos levando em conta as forças que atuam sobre a
partícula.
É bem complexo o seu desenvolvimento, e neste mérito não irei entrar em detalhes, contudo,deslocamento e os gastos com combustível, aprimorando, dessa forma, a eficácia geral e a
responsabilidade ambiental das atividades.
Desafio: o comerciante ambulante, nosso caixeiro viajante, nesta situação, é o organizador de
itinerários que precisa encontrar a rota mais otimizada para passar por todas as quinze
principais cidades europeias, como Paris, Berlim, Roma, entre outras, iniciando e finalizando em
Londres. Cada cidade deve ser visitada apenas uma vez.
Aplicação da Computação Adiabática Quântica: por meio de um computador quântico adiabático,
a organização aborda essa questão como uma investigação do estado mais básico de um
hamiltoniano que abrange todas as diferentes trajetórias entre os municípios. Mediante uma
evolução adiabática, o sistema quântico é conduzido de um estágio inicial descomplicado para
um estágio final mais intrincado, no qual a solução ideal do problema pode ser identificada com
grande chance.
Nesse contexto, evidencia-se a possibilidade de aplicar a computação quântica adiabática de
forma eficaz na resolução de questões de otimização complexas, as quais representam um
desafio para os métodos computacionais convencionais.
Para esta tarefa, você deverá auxiliar Lucas a elaborar um plano de desenvolvimento para a
solução do problema do caixeiro viajante via computação quântica adiabática. Para isso, utilize
os cinco pilares de solução. Lembre-se de citar cada pilar e explicá-lo, para que o gerente da
Beta possa compreender seu objetivo.
CONTINUE
Resolução
A resolução do desafio do caixeiro viajante por meio da computação quântica adiabática está
relacionada a diversos princípios básicos:
Cada um desses fundamentos é vital para o sucesso da incorporação da computação quântica
adiabática na resolução do desafio do caixeiro viajante, utilizando as características distintas
Pilar 1. Desenvolvimento do Problema: a etapa inicial consiste em
desenvolver o dilema do viajante de comércio de uma forma que seja
passível de ser codificada em um hamiltoniano quântico. Isso
comumente requer a conversão do problema de otimização clássica para
um formato apropriado para computação quântica, tal como uma
formulação Quadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO);
Pilar 2. Inicialização do sistema: o sistema quântico precisa ser iniciado
em um estado inicial simples de ser preparado, que normalmente é um
estado de superposição de todas as configurações possíveis;
Pilar 3. Evolução adiabática: o sistema quântico passa por uma evolução
gradual (adiabática) de um hamiltoniano inicial para um hamiltoniano final,
no qual o estado fundamental contém a solução ideal do problema. É
necessário que a evolução seja feita de forma tão vagarosa a fim de
assegurar que o sistema permaneça no estado fundamental, conforme
previsto pelo teorema adiabático da mecânica quântica;
Pilar 4. Medição e interpretação: após o processo de desenvolvimento, é
realizada a medição do estado quântico final. A informação obtida nessa
medição é utilizada para encontrar a melhor rota para o caixeiro viajante,
após a interpretação da solução do problema;
Pilar 5. Correção de erros e otimizações: considerando a vulnerabilidade
dos sistemas quânticos a falhas e interferências, é essencial
implementar estratégias sólidas de manutenção de falhas e
melhoramentos no desenvolvimento do algoritmo e no hardware, com o
objetivo de assegurar a precisão e a eficiência da solução.
dos sistemas quânticos para investigar uma gama de soluções muito maior do que é viável com
a computação convencional.
Leitura
Resolvendo o Problema do Caixeiro Viajante via Computação Quântica Adiabática
Clique no botão para conferir o conteúdo.
ACESSE
Determining the Hamiltonian of quantum systems with far fewer measurements
Clique no botão para conferir o conteúdo.
ACESSE
https://dobslit.com/blog/resolvendo-o-problema-do-caixeiro-viajante-via-computacao-quantica-adiabatica/
https://phys.org/news/2022-01-hamiltonian-quantum.html
Caro(a), estudante.
Agora, vamos compreender o cenário que será abordado no terceiro estudo de caso da
disciplina.
Atente-se à situação profissional que você precisará entender para poder realizar a atividade.
Lembre-se: apesar de não ser avaliada, o objetivo da atividade é lhe proporcionar uma
autoavaliação dos pontos tratados no decorrer desta disciplina. O assunto aqui tratado o(a)
ajudará, também, a realizar a avaliação geral ao fim desta disciplina.
Utilização da Computação Quântica na Otimização de
Sistemas Robóticos na Área de Engenharia
Mecatrônica: Um Olhar para a Modelagem do Problema
Lucas, engenheiro mecatrônico da empresa Beta, agora se vê focado na utilização da
computação quântica para otimização de sistemas robóticos.
Contexto: na área da mecatrônica, a união entre equipamentos mecânicos, eletrônicos e
controle inteligente é de extrema importância. A melhoria desses sistemas pode ser
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Estudo de Caso 3
desafiadora, principalmente quando inclui a coordenação de diversos robôs em locais de
trabalho industriais.
Desafio: uma empresa do ramo automotivo pretende aprimorar a eficácia da sua linha de
produção automatizada, a qual conta com diversos robôs responsáveis por montar
componentes do veículo. O objetivo é aperfeiçoar a ordem e a sincronia dos movimentos dos
robôs a fim de aumentar a eficiência e reduzir o tempo de montagem.
Solução com computação quântica: a organização optou por utilizar a computação quântica
para solucionar essa questão de otimização. Para isso, adotaram um algoritmo quântico
chamado otimização de Quadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO) para definir a
sequência mais eficiente de ações dos robôs. Esse algoritmo foi executado em um computador
quântico que está disponível no mercado.
Implementação:
Resultados: a implementação da tecnologia quântica levou a uma diminuição de 20% no tempo
de montagem, o que resultou em uma melhora importante na eficácia da produção.
Modelagem do problema: o desafio é descrito como uma expressão
matemática que precisa ser reduzida ao mínimo, refletindo o tempo total
de produção;
Aplicação de QUBO: a função é convertida para um formato QUBO,
apropriado para a execução em sistemas quânticos;
Simulação quântica: o desafio QUBO é inserido em um computador
quântico, que utiliza superposição e emaranhamento para analisar de
forma ágil as potenciais configurações de movimentação dos robôs;
Análise dos resultados: o estado quântico final aponta a ordem mais
eficiente de procedimentos, a qual é posteriormente aplicada na
produção em série.
Adicionalmente, essa solução auxiliou a organização a aprofundar sua compreensão sobre as
interações intricadas entre os robôs no processo de montagem.
Conclusão
A pesquisa em questão evidencia o potencial da computação quântica como uma ferramenta na
área da engenharia mecatrônica para solucionar desafios complexos de otimização, os quais
são difíceis de abordar por métodos tradicionais. Com o avanço constante da tecnologia
quântica, prevê-se uma ampliação de sua utilização em diferentes campos da mecatrônica,
abrindo portas para novas possibilidades de inovação e aumento de eficiência.
Lucas se concentra na primeira etapa e começa a resolver o problema da otimização dos
movimentos dos robôs em uma linha de montagem automatizada por meio da computação
quântica. Para isso, é necessário seguir várias etapas para converter a situação prática em um
problema matemático viável para um computador quântico. A seguir, estão as etapas desse
processo:
Definição das variáveis: antes de tudo, é preciso
estabelecer as variáveis de decisão. Dentro do cenário
de uma fábrica automatizada, essas variáveis podem
ser consideradas, por exemplo:
• A ordem em que cada autômato realiza suas
funções;
• Os horários de início e término de cada atividade para
cada robô;
• A designação de funções específicas para cada
autômato.
Em geral, no modelo QUBO, cada variável é
comumente expressa como uma variável binária.Dessa maneira, o valor 1 pode sinalizar a escolha de
iniciar uma tarefa em um horário específico, enquanto
o valor 0 representa o oposto;
Formulação da função-objetivo: a importância da função-
objetivo é fundamental, já que estabelece o que se
pretende maximizar. No contexto da fabricação em
série, o foco poderia ser reduzir o tempo total de
produção. A função-objetivo é descrita como uma
combinação ponderada das variáveis, em que cada
elemento pode indicar o tempo necessário para uma
atividade em particular, bem como multas por atrasos
ou outros elementos importantes.
Restrições do problema: as limitações são requisitos
que as soluções precisam atender para serem
consideradas viáveis:
Cada robô tem a capacidade de realizar uma única
atividade de cada vez.
• Certas atividades podem demandar a conclusão de
outras previamente (dependências entre tarefas);
• Restrições de recursos, como equipamentos ou
ambientes físicos que não podem ser utilizados ao
mesmo tempo.
As limitações devem ser integradas na função-alvo
por meio de termos suplementares que punem as
transgressões das limitações;
Exemplo Prático
Imaginemos três robôs (X, Y, Z) e três obrigações (A, B, C), sendo que cada obrigação possui
uma duração específica para ser realizada e possíveis relações de precedência entre elas.
Variáveis booleanas indicariam se uma obrigação é atribuída a um autômato em um momento
determinado. O objetivo principal seria reduzir ao máximo a variável que representa o último
momento de conclusão da obrigação, enquanto as condições impostas garantiriam que cada
autômato execute apenas uma tarefa de cada vez e respeite as obrigações e dependências.
Essa estratégia viabiliza a representação eficaz e a otimização das dificuldades e das limitações
do ambiente físico de uma linha de produção automatizada por robôs, por meio da computação
quântica, aproveitando sua habilidade em analisar diversas configurações e situações ao
mesmo tempo.
Transformação para QUBO: a questão inicial deve ser
convertida em um formato QUBO, que é apropriado
para ser processado em um computador quântico. Na
abordagem QUBO, a meta e as limitações são
reescritas de forma a transformar o problema de
otimização em uma minimização de uma função
quadrática dos valores binários;
Preparação para computação quântica: por fim, a questão
representada como QUBO é executada em um
dispositivo quântico. Nesse caso, os valores da
função quadrática são utilizados para estabelecer o
hamiltoniano que direciona a transformação do
sistema quântico no dispositivo quântico.
Leitura
Uso de Computadores Quânticos para Resolução de
Problemas NP
Clique no botão para conferir o conteúdo.
ACESSE
https://repositorio.fsg.edu.br/jspui/bitstream/123456789/1749/1/Marcos%20Vin%C3%ADcius%20Martiniano%20Bras%C3%A3o.pdf
Muito bem, estudante.
O objetivo desta etapa é apresentar a você uma resolução geral dos estudos de caso.
Aqui, você pode extrair os melhores caminhos a serem escolhidos em cada cenário descrito
anteriormente.
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Feedback
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entendimento dos estudos de caso.
ADRENALINE. Intel fala mais do Tangle Lake, seu processador de 49-qubit para computação
quântica. Disponível em: . Acesso em: 23/05/2024.
BÓSON TREINAMENTOS. O que é um Computador Quântico – Conceitos e Funcionamento. Prof.
Fábio dos Reis [Vídeo]. YouTube, 6 de fev. de 2020. Disponível em:
. Acesso em: 25/05/2024.
CIÊNCIA TODO DIA. O Gato de Schrödinger Explicado. Prof. Pedro Loos [Vídeo]. YouTube, 4 de
mai. de 2023. Disponível em: . Acesso
em: 25/05/2024.
CIÊNCIA. Como funcionam os computadores quânticos?. Disponível em:
.
23/05/2024.
D-WAVE SYSTEMS. D-Wave documentation. Disponível em:
. Acesso em: 23/05/2024.
D-WAVE SYSTEMS. Unlock the Power of Practical Quantum Computing Today. Disponível em:
. Acesso em: 23/05/2024.
DOBSLIT. Resolvendo o Problema do Caixeiro Viajante via Computação Quântica Adiabática.
Disponível em: . Acesso em: 23/05/2024.
FÍSICA Prof. Daniel. Entenda/Não Entenda O Gato de Schrödinger (Física Quântica para
principiantes – 8). Prof. Daniel [Vídeo]. YouTube, 30 de mar. de 2021. Disponível em:
. Acesso em:
25/05/2024.
GOOGLE. Quantum Computing. Disponível em: . Acesso em: 23/05/2024.
HQS QUANTUM SIMULATIONS. Material development at the quantum level. Disponível em:
. Acesso em: 23/05/2024.
IBM. IBM Quantum System Two – Unveiling. [Vídeo]. Disponível em:
. Acesso em: 25/05/2024.
INTEL. Intel lança o Quantum Software Development Kit Versão 1.0 para o Ecossistema de
Desenvolvedores Crescentes. Disponível em:
. Acesso em: 23/05/2024.
IONQ. The future is quantum. Disponível em: . Acesso em: 23/05/2024. 
MICROSOFT. Noções básicas sobre a Computação Quântica. Disponível em:
. Acesso em: 23/05/2024.
MIT TECHNOLOGY REVIEW. Google’s Quantum Dream Machine. Disponível em:
.
Acesso em: 23/05/2024.
RIGETTI. Think Quantum. Disponível em: . Acesso em: 23/05/2024.
TTPLER, P. A.; LIEWELLYN, R.A. Física moderna – 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017. (e-book)
Muito bem, estudante! Você concluiu o material de estudos! Agora,
volte ao Ambiente Virtual de Aprendizagem para realizar a Atividade.há
de se destacar a equação à qual SCHRÖDINGER chega (apud Tipler; Llewellyn, 2017, cap. 6).
  Figura 2   A Equação de Schrödinger 
Fonte: Adaptada de Tipler; Liewellyn, 2017, p.146
Destaca-se aqui a primeira parcela correspondente a energia cinética, a segunda parcela
representa a energia potencial e a soma desses dois termos dará a energia total dessa partícula.
 o h cortado nessa equação é a constante de Planck dividida por 2 pi.
Ao resolver esse problema complexo, Schrödinger finalmente atinge o seu objetivo após
intensas pesquisas. Ele consegue desenvolver uma equação geral para descrever uma função
de onda sujeita a forças externas, e fazer o equivalente ao que o Newton fez, resultando em sua
premiação com o Nobel em 1933 por suas significativas contribuições para o avanço do nosso
conhecimento acerca do átomo. a qual dividi o prêmio com outro renomado físico britânico
denominado Paul Dirac.
Mas afinal, o que significa esta equação? A equação de Schrödinger mostrou-se extremamente
eficaz e genial, sendo amplamente utilizada como base da física quântica. No entanto, ao refletir
sobre seu significado, percebemos um grande dilema: as funções de onda que resolvem a
equação de Schrödinger são ψ(x,t) = cos (kx – ωt) + i sen(kx – ωt).
Possuem uma complexidade, principalmente porque esse número i, que aparece na equação é
um número complexo, ou seja, um número Imaginário que não pode ser associado a uma
grandeza física que possa ser medida.
Isso deixou Schrödinger com dúvidas, ele se sentiu bastante confuso ao se deparar com uma
equação correta, mas que descreve funções de onda sem associação a grandezas físicas
mensuráveis. Schrödinger, além de ser um físico brilhante, tinha uma formação filosófica
autodidata e era profundamente interessado em filosofia. Ele começou a questionar o significado
dessa função de onda e o que ela quer dizer.
No ano de 1926, o físico alemão Max Born começou a trabalhar na equação de
Schrödinger utilizando métodos estatísticos e matemáticos. Através de sua interpretação física
da equação, ele percebeu que ao elevar a função de onda ao quadrado, transformava-se em um
número real ao invés de um número imaginário. Isso proporcionou uma compreensão mais
prática e mensurável da equação de Schrödinger, possibilitando a obtenção de uma grandeza
tangível para medição.
Born sugere que essa magnitude é aquilo que ele denomina de densidade de probabilidade de
localizar esta partícula relacionada a esta função de onda em determinado ponto do espaço.
Uau, mas o que isso realmente quer dizer? Não é tão complexo, na verdade é bem simples.
Vamos analisar mais de perto esta função de onda aqui.
Segundo Tipler e Liewellyn (2017, cap. 6), Max Born descreveu essas funções de onda são
exatamente iguais às ondas estacionárias yn(x) de uma corda vibrante. As funções de onda e as
distribuições de probabilidade Pn(x) são mostradas na Figura 2 para o estado de menor energia,
n = 1, denominado estado fundamental, e para os dois primeiros estados excitados, n = 2 e n = 3,
para o poço quadrado infinito. Embora não seja mostrado na Figura, ψn(x) = 0 para x L.
  Figura 3   Funções de onda ψn(x) e densidades de probabilidade
Pn (x) = ψ2n(x) com n = 1, 2 e 3. 
Fonte: Adaptada de Tipler; Liewellyn, 2017, p. 151
O número n que aparece nas equações acima é chamado de número quântico e específica tanto
a energia como a função de onda. Dado um valor qualquer de n, podemos escrever
imediatamente a função de onda e a energia do sistema. O número quântico n aparece por causa
das condições de contorno, ψ(x) = 0 em x = 0 e ψ(x) = 0 em x = L.
Note ainda, na Figura 3, que a função de onda possui tanto valores positivos quanto negativos,
oscilando ao longo do tempo. Quando elevamos essa função ao quadrado, obtemos apenas
valores positivos, que representam a probabilidade de encontrar a partícula em um determinado
ponto no espaço. Quanto maior a amplitude, maior a probabilidade de encontrar a partícula, e
vice-versa. Ou seja, a equação de Schrödinger descreve a probabilidade de encontrar uma
partícula quântica em determinado ponto no espaço.
Experimento Mental: O Gato de Schrödinger
O experimento do gato de Schrödinger demonstra um aspecto da física quântica chamado
superposição quântica. Neste experimento, um gato é inserido em uma caixa selada com um
mecanismo que pode liberar  uma substância venenosa caso um átomo radioativo entre em
processo de decaimento. Segundo a teoria quântica, antes da abertura da caixa e da observação
do gato, ele está simultaneamente vivo e morto, devido ao átomo estar em um estado dual de
"decaído" e "não decaído”. Este experimento destaca as  peculiaridades e desafios na
interpretação dos fenômenos quânticos no dia-a-dia.
Qual era a situação do gato antes de desvendar o conteúdo da caixa? Se optar por confiar em
sua intuição, talvez consiga deduzir se ele se encontrava vivo ou morto antes de abrir o
recipiente. Todavia, segundo os princípios da física quântica relacionados à emissão de
partículas, não se pode assegurar com certeza absoluta se o gato estava vivo ou morto. De
acordo com a perspectiva da física quântica, é praticamente impossível determinar o estado do
gato se estava vivo ou morto, sem antes abrir a caixa e visualizar o que há dentro.
  Figura 4   Schrödinger's gato
Fonte: Wikimedia Commons
#ParaTodosVerem: a imagem ilustra o experimento teórico "Gato de Schrödinger".
Dentro de uma caixa, observamos dois gatos: um está de pé, representando o estado
"vivo"; o outro está deitado, representando o estado "morto". Ao lado direito dentro da
caixa, há um mecanismo com um frasco de veneno que libera gás, ligado a um contador
Geiger e a um símbolo de material radioativo. Fim da descrição.
A Física quântica possui uma capacidade impressionante em prever os resultados de
experimentos, superando nossa intuição. Essa ciência é fundamental para nossa compreensão
do universo e para o desenvolvimento da tecnologia atual. Se considerarmos a física quântica
como uma representação precisa da realidade, precisamos aceitar que, antes de abrirmos a
caixa, o gato se encontra simultaneamente vivo e morto. Esse fenômeno é conhecido como
superposição quântica, o que significa que a descrição do mundo quântico contém diversas
possibilidades que ocorrem ao mesmo tempo. Portanto, no caso específico mencionado, o gato
está em um estado superposto de vida e morte.
Se você está achando curioso um gato vivo e morto ao mesmo tempo, parabéns! Você captou a
essência por trás do experimento. O objetivo é justamente analisar como interpretamos os
conceitos da física quântica para descrever a realidade. Vamos aprimorar o experimento mental
do gato de Schrödinger, que foi descrito em um artigo de 1935 intitulado "Sobre a situação atual
na mecânica quântica”. No debate importante sobre a viabilidade da Mecânica Quântica como
teoria do mundo microscópico, Schrödinger questionou quais partes da teoria poderiam ser
consideradas reais e quais seriam apenas ferramentas matemáticas úteis.
A discussão começou com o artigo do trio de físicos, Boris Podolsky , Nathan Rosen e  Albert
Einstein, que você talvez já tenha ouvido falar. Nesse artigo eles criticavam a natureza
probabilística da mecânica quântica como algo que não era realista. Na opinião deles ela
funcionava matematicamente, mas não representavam o que acontece no mundo real.
O debate sobre as estranhezas da mecânica quântica teve início com o experimento do gato de
Schrödinger, que entrou em uma superposição de vivo e morto. A teoria quântica afirma que é
impossível saber com precisão a velocidade e a posição de uma partícula ao mesmo tempo, pois
os resultados matemáticos são uma lista de possíveis resultados com probabilidades
associadas. Os físicos do trio EPR argumentaram que essa superposição não poderia ser
observada experimentalmente, enquanto Bohr defendia que as estranhezas quânticas eram
parte fundamental da teoria.
Por fim, o debate continuoucom um artigo de Neils Bohr, que afirmava que a física quântica era
uma descrição realista do universo, enquanto o terceiro artigo atacava as ideias tanto de Bohr
quanto de Einstein. O experimento do gato de Schrödinger, nesse contexto, era uma tentativa de
mostrar o quão absurdo era discutir sobre quais partes da teoria quântica eram reais.
Schrödinger defendia que devemos confiar nos resultados dos experimentos, em vez de discutir
sobre a natureza das contas matemáticas.
Segundo Ciência Todo Dia, o gato de Schrödinger simboliza o debate sobre o que da física
quântica deve ser levado a sério. Enquanto Bohr via as estranhezas quânticas como parte da
realidade, o trio de físicos, EPR, Einstein. Podolsky, e Rosen, argumentavam que a teoria deveria
representar de forma mais precisa o mundo. Schrödinger propôs que devemos confiar nos
experimentos em vez de tentar entender a complexa realidade ao nosso redor. Assim, a beleza
do experimento do gato de Schrödinger está em mostrar que, embora possamos nunca entender
completamente a realidade, podemos ter teoria consistente o suficiente para navegar no caos do
universo.
Já para Daniel (Física), o paradoxo do gato de Schrödinger permanece sem solução. Existem
várias abordagens da física quântica, todas baseadas no formalismo quântico e todas
enfrentando desafios. Até o momento, nenhuma interpretação definitiva da física quântica foi
estabelecida. O felino de Schrödinger é útil como um indicador e um teste das diferentes
interpretações da física quântica. Ao submeter uma interpretação ao experimento do felino de
Schrödinger, é possível identificar seus pontos fortes e fracos com mais clareza.
Conclusão e Implicações Filosóficas da Equação
de Schrödinger
Segundo o Prof. Daniel, essa situação é bem curiosa, e traz implicações filosóficas, não é? Quer
dizer, a equação de Schrödinger não nos fornece resultados determinísticos, mas sim
resultados probabilísticos. Ela nos dá a probabilidade de algo acontecer no mundo quântico. Isso
quer dizer que o formalismo da física quântica, que é a equação de Schrödinger, é, na verdade,
um formalismo probabilístico. Quando digo que o formalismo da física quântica não produz
resultados exatos, mas sim resultados probabilísticos, estou falando que a física quântica é
fundamentada na probabilidade. Ou seja, a física quântica é uma ciência probabilística, não nos
dá resultados determinísticos.
Não posso afirmar com certeza o que vai acontecer no mundo quântico, só posso prever
probabilidades. Isso significa que a própria natureza é descrita por um formalismo probabilístico,
sendo ela mesma probabilística e não determinista no nível quântico. As coisas que ocorrem na
natureza não acontecem de maneira determinada, é impossível prever com certeza o que vai
acontecer. O que consigo prever usando o formalismo da física quântica é a probabilidade de
algo acontecer. Essa questão incomodou alguns físicos, como o Schrödinger e o próprio Einstein,
que não aceitavam a ideia de uma natureza probabilística. Por outro lado, havia a escola de
Copenhague, com nomes como Werner Heisenberg e Niels Bohr, que defendiam que o
formalismo da física quântica é correto e que a natureza é essencialmente indeterminista, com
uma componente que não pode ser determinada.
Vídeos
Recorrendo a dois canais do Youtube:
Entenda/Não Entenda o Gato de Schrödinger (Física Quântica para principiantes – 8)
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O Gato de Schrödinger Explicado
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Temas Transversais no Currículo de Engenharia
Mecatrônica e Formação do Futuro Profissional da Área:
Desafios Atuais da Computação e Perspectivas Futuras
Computação Quântica: Entenda a Revolução que
Está Chegando
Um computador quântico é uma máquina que emprega os fundamentos da física quântica para
executar operações de forma mais eficaz do que os dispositivos tradicionais em determinadas
atividades. Ao contrário de um sistema clássico que emprega bits como a menor unidade de
informação, capazes de estar no estado de 0 ou 1, um sistema computacional quântico utiliza
qubits. Os qubits podem coexistir em diferentes estados simultaneamente, devido ao fenômeno
de superposição.
https://www.youtube.com/watch?v=k5jIYbf2cSo&list=PLUY_aWRSP5rtlOzDQg2mb44NtiI_ljuuZ&index=8
https://www.youtube.com/watch?v=Z4uIBLHs3_E
Principais ideias do Computador Quântico:
A medida é a etapa final realizada em um computador quântico, no qual os resultados dos
cálculos são registrados. Após a medição, os qubits se consolidam em um dos possíveis
estados, e tais resultados podem ser analisados para solucionar desafios complexos de forma
otimizada.
Qubits: em lugar de bits, os computadores quânticos utilizam quanta-bits.
Um quanta-bit pode expressar um 0, um 1, ou uma superposição
quântica de ambos os estados. Isso possibilita a execução simultânea de
diversas operações;
Sobreposição: essa é a ideia de que um qubit pode existir em múltiplos
estados ao mesmo tempo. A sobreposição possibilita que os
computadores quânticos processem uma grande variedade de cenários
de forma simultânea;
Interconexão Quântica: um evento em que qubits em um sistema
quântico são capazes de estabelecer correlações de modo que o estado
de um deles (sem considerar a distância) possa influenciar
instantaneamente no estado do outro. Esse recurso é empregado para
conectar e aprimorar a sofisticação das operações realizadas
computacionalmente;
Intervenção: a habilidade de influenciar a chance de um estado
emaranhado. Isso é utilizado para aumentar as probabilidades corretas e
anular as incorretas, direcionando o computador quântico para a
resposta adequada;
Operação: um computador com tecnologia quântica opera através da
manipulação de qubits que estão em um estado de superposição e
emaranhamento. Os algoritmos quânticos são desenvolvidos para
explorar esses estados e realizar operações matemáticas. Um caso
emblemático é o algoritmo de Shor, que consegue fatorar números
inteiros de maneira significativamente mais eficiente do que os
algoritmos mais avançados em computadores tradicionais.
Apesar de estarmos apenas no começo do processo de criação e utilização de computadores
quânticos, eles têm o potencial de transformar áreas como segurança de dados, eficiência,
modelagem de processos químicos e físicos, e inteligência artificial.
Os computadores quânticos ainda estão enfrentando diversos obstáculos, como falhas
substanciais na execução de tarefas e a exigência de temperaturas muito baixas para operar.
Apesar disso, avanços continuam sendo alcançados, e as possibilidades de impacto em
diferentes setores são vastas.
Mecânica Quântica
A Mecânica Quântica é uma teoria fundamental da física que estuda os fenômenos em escalas
muito pequenas, tais como átomos e partículas subatômicas. Ela se diferencia das leis da física
clássica, que são usadas em objetos maiores e em eventos cotidianos. Abaixo estão alguns
princípios essenciais da mecânica quântica:
Dualidade Partícula-Onda: essa teoria sugere que as partículas, como
elétrons, apresentam características tanto de partículas quanto de
ondas. Por exemplo, quando não estão sendo observados diretamente,
podem atravessar duas fendas simultaneamente, gerando um padrão de
interferência comum a ondas;
Princípio da Incerteza de Heisenberg: de acordo com essa lei, é
impossível determinar ao mesmo tempo a posição exata e o momento
(velocidade e direção) de uma partícula. Quanto mais precisamente uma
dessas variáveis é conhecida, menos precisamente a outra pode ser
medida;
Função de Onda: na mecânica quântica, a função de onda é uma
representação matemática do estado de um sistema quântico. A
magnitude ao quadrado da função de onda em um determinado ponto no
espaço está relacionada à chance de detecção da partícula naquela
região;
A física quântica trouxe grandes avanços para nossa compreensão do mundo microscópico,
além de possibilitaro surgimento de tecnologias inovadoras, como laser, transistor e
ressonância magnética. Ainda há muito a ser explorado e descoberto nessa área de estudo
dinâmica e cheia de possibilidades.
Um Pequeno Histórico da Computação Quântica
A trajetória ou história da computação quântica é um fascinante percurso que se inicia no início
do século XX, quando os princípios da teoria quântica começaram a ser estudados. Abaixo
apresentamos um resumo histórico:
Superposição Quântica: partículas quânticas têm a capacidade de
estarem em diversos estados simultaneamente, em uma superposição
de estados, até que ocorra uma observação. Quando ocorre a medição, a
função de onda se "colapsa" em um dos estados possíveis;
Entrelaçamento Quântico: partículas têm a capacidade de se
conectarem de forma que o estado de uma partícula possa afetar
instantaneamente o estado de outra, independentemente da distância
entre elas. Einstein descreveu esse fenômeno como uma "ação
fantasmagórica à distância".
Nos anos 80: iniciou-se a concepção dos computadores quânticos
através das pesquisas de Richard Feynman e David Deutsch. Feynman
destacou a complexidade de simular sistemas quânticos em
computadores tradicionais e defendeu a viabilidade dos computadores
quânticos para solucionar tal desafio de maneira eficaz;
Nos anos 90: Peter Shor criou o renomado algoritmo de Shor, que provou
que um computador quântico poderia realizar a fatoração de números
inteiros gigantes de maneira muito mais eficiente do que qualquer
computador clássico existente. Esse feito despertou um enorme
interesse e entusiasmo em relação à computação quântica;
A evolução da computação quântica é marcada por uma combinação de desafios no campo
científico, progressos tecnológicos e um interesse cada vez maior e investimentos por parte de
governos, empresas e instituições acadêmicas. Apesar de ainda existirem obstáculos a serem
vencidos, as possíveis repercussões da computação quântica na área científica, industrial e
social são extremamente significativas.
Richard Feynman foi um físico teórico reconhecido por suas importantes contribuições para a
física, especialmente na área da mecânica quântica. Uma de suas principais realizações foi a
elaboração da teoria do eletromagnetismo quântico, o que lhe valeu o Prêmio Nobel de Física em
1965.
Além disso, Feynman elaborou uma abordagem singular e intuitiva para compreender e calcular
fenômenos quânticos, denominada Diagramas de Feynman. Esses esquemas oferecem uma
forma visual de representar interações entre partículas e são extensivamente empregados na
física de partículas e na teoria de campos quânticos.
Na década de 2000: diversas organizações e instituições de pesquisa
passaram a alocar recursos na área de computação quântica, testando
distintas maneiras de criar qubits (os bits quânticos, principais unidades
de informação na computação quântica) e elaborar algoritmos práticos
para esse campo. Métodos como armadilhas iônicas, supercondutores e
pontos quânticos foram explorados com o intuito de fabricar qubits;
Nos anos 2010: ocorreram progressos relevantes na criação de qubits
mais resistentes e no controle coerente de sistemas quânticos.
Organizações como IBM, Google, Microsoft, Intel e diversas startups
iniciaram o desenvolvimento de modelos de processadores quânticos e
disponibilizaram a possibilidade de utilização da computação quântica
por meio da nuvem;
Na década de 2020: a computação quântica permanece como um campo
de estudo e evolução constante. Progressos relevantes foram
alcançados na resolução de falhas quânticas, no desenvolvimento de
algoritmos mais avançados e na criação de sistemas quânticos com
maior escalabilidade e resistência.
Feynman é reconhecido por suas palestras e escritos, nos quais ele conseguiu transmitir
conceitos complexos da física de uma forma acessível e inspiradora para estudantes e amantes
da ciência em geral. Sua abordagem original e sua habilidade de comunicar de maneira clara e
envolvente contribuíram significativamente para a compreensão e progresso da física quântica.
O Sr está brincando , Sr Feynman? é um interessante livro que, resumidamente traz uma
compilação de relatos e pequenas histórias contadas por Richard Feynman e Ralph Leighton. O
livro proporciona uma perspectiva divertida e envolvente sobre a vida e as experiências de
Feynman como cientista, educador e indivíduo. Ele compartilha narrativas desde suas aventuras
em Los Alamos durante o Projeto Manhattan até suas palestras na Universidade de Caltech. Ao
longo da obra, Feynman apresenta reflexões sobre ciência, educação, vida e frequentemente
revela seu aspecto peculiar.
Noções sobre o Computador Quântico
A INTEL LABS está produzindo processadores quânticos em Oregon e fazendo engenharia em
nível de sistema que visa a computação quântica em nível de produção dentro de dez anos. 
A esse respeito, remeta-se aos vídeos a seguir:
Vídeos
Reinventing Data Processing with Quantum Computing
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https://www.intel.com.br/content/www/br/pt/research/quantum-computing.html?wapkw=quantum%20computing
Intel® Quantum SDK – The Future of Quantum Computing Today
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What is Quantum Computing
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Quantum Computing In 5 Minutes | Quantum Computing Explained | Quantum Computer | Simplilearn
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Quantum Computing Systems Achieving Quantum Practicality
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ASSISTA
QUBITS
Elemento essencial em computação quântica e internet quântica. É uma unidade de informação
quântica, sendo a contraparte quântica do bit clássico. Os qubits são a unidade fundamental de
informação em computação quântica e desempenham um papel essencial na internet quântica.
Enquanto os bits tradicionais em computadores convencionais podem estar em um estado de 0
ou 1, os qubits podem existir em uma sobreposição desses estados, devido aos princípios da
superposição quântica. Isso implica que um qubit pode expressar ao mesmo tempo 0 e 1, ao
invés de apenas um desses estados.
https://youtu.be/yGX-2eYYVjA
https://youtu.be/7W0EXfXC0IQ
https://youtu.be/X8MZWCGgIb8?si=OMXRlOQlyCV932Lv
https://www.intel.com/content/www/us/en/research/quantum-computing.html?wapkw=Tangle%20Lake
Além da superposição, os qubits também apresentam outra característica quântica fundamental
chamada emaranhamento. Quando dois ou mais qubits estão entrelaçados, o estado de um qubit
está intimamente relacionado com o estado dos demais, não importando a distância entre eles.
Isso viabiliza comunicações e operações quânticas que são inerentemente seguras e
possivelmente mais eficazes do que suas equivalentes clássicas.
Na área da computação quântica, os bits quânticos são controlados e tratados através de
procedimentos quânticos, como portas de lógica quântica, possibilitando a execução de
operações matemáticas mais elaboradas de maneira mais rápida do que os computadores
tradicionais em determinadas situações, como a decomposição de números extensos ou a
replicação de modelos quânticos.
Na era da computação quântica, os bits quânticos são empregados para garantir a transmissão
segura e privada de informações. Esse método utiliza a propriedade do emaranhamento,
possibilitando a geração de chaves de criptografia quântica que, teoricamente, não podem ser
interceptadas sem serem detectadas.
De maneira sucinta, os bits quânticos desempenham um papel fundamental na computação e na
internet quântica, dando origem a uma nova geração de tecnologias com o potencial de
transformar a computação, as comunicações e a proteção de dados.
Diferentes métodos para criar qubits incluem controle do spin de um elétron, a utilização de
materiais supercondutores e armadilhas de íons.
Os bits quânticos conhecidos como qubits, são essenciais na computação quântica, sendo
responsáveispela armazenagem de informações. Diversos métodos podem ser utilizados para
a criação e manipulação dos qubits, apresentando diferentes benefícios e dificuldades. Abaixo
estão algumas das abordagens mais frequentemente empregadas.
Neste local, apresenta-se uma Tabela sintetizando os aspectos fundamentais das estratégias
de desenvolvimento de qubits previamente citadas.
Tabela 1 – Aspectos Fundamentais das Estratégias de Desenvolvimento de Qubits
Técnica
Princípio de
Operação
Vantagens Desafios
Controle do Spin
de Elétron
Utiliza o spin de
elétrons como
um pequeno
ímã. Os estados
quânticos são
manipulados
através de
pulsos de micro-
ondas.
Alta precisão
na
manipulação
do spin;
pequena
escala.
Isolamento 
ambiente pa
evitar
decorrência
escalabilida
Uso de
Supercondutores
Emprega
circuitos de
materiais
supercondutores
a baixas
temperaturas.
Os estados são
definidos pela
direção do fluxo
da corrente.
Rápido
processamento
quântico; fácil
acoplamento
entre qubits.
Necessidad
de
temperatura
extremamen
baixas; perd
energética.
Armadilhas de
Íons
Íons carregados
suspensos no
vácuo por
campos
elétricos. Os
estados são
manipulados e
lidos por meio de
lasers que
Alta fidelidade
dos qubits;
excelente
isolamento do
ambiente
externo.
Complexida
técnica no
controle dos
íons;
limitações d
escalabilida
Técnica
Princípio de
Operação
Vantagens Desafios
alteram e medem
os níveis de
energia dos íons.
Esta Tabela oferece uma análise simplificada das estratégias mais populares para gerar qubits
na computação quântica, mostrando o funcionamento de cada abordagem e os benefícios e
obstáculos principais associados a elas. O maior desafio atualmente é construir um sistema de
grande escala, capaz de operar com grande número de qubits.
Superposição Quântica
A superposição quântica é um conceito essencial da física quântica, onde uma partícula pode
existir em vários estados simultaneamente, como demonstrado pelo experimento do gato de
Schrödinger. Essa ideia é fundamental para a computação quântica, onde os qubits podem
representar múltiplos estados e realizar cálculos exponencialmente mais rápidos do que os
computadores clássicos, impactando áreas como criptografia e simulação de sistemas
biológicos.
Diversas tecnologias, como a Ressonância Magnética, utilizam a superposição em seu
funcionamento. Na Ressonância Magnética, os spins dos núcleos atômicos são alinhados e
manipulados por campos magnéticos e ondas de rádio, gerando imagens detalhadas do corpo.
Por outro lado, a computação quântica utiliza essa superposição para processar informações de
forma massivamente paralela. Ela permite que qubits existam em múltiplos estados ao mesmo
tempo, possibilitando maior eficiência em tarefas como fatoração de grandes números e
simulações quânticas. Essas aplicações distintas da mecânica quântica demonstram como
seus princípios fundamentais podem ser aproveitados de maneiras inovadoras para impulsionar
o desenvolvimento de tecnologias avançadas em diversos setores.
Entrelaçamento Quântico 
O entrelaçamento quântico é um fenômeno intrigante da mecânica quântica, onde partículas
como fótons ou elétrons interagem de forma que o estado de uma partícula afeta
instantaneamente o estado da outra, não importando a distância entre elas. Esse conceito
desafia as ideias tradicionais de causalidade e localidade, tornando possível compartilhar
informações instantaneamente, independente da separação entre as partículas. Esse fenômeno
tem implicações profundas tanto para a compreensão da realidade quanto para tecnologias
como a computação quântica e a criptografia, onde o entrelaçamento é utilizado para realizar
tarefas impossíveis com a física clássica.
Lei de Neven
A Lei de Neven, que leva o nome de Hartmut Neven, diretor do Laboratório de Inteligência
Artificial no Google, dita o quão rápido os processadores quânticos evoluem, ou seja, ficam mais
rápidos no processamento de cálculos, em relação aos computadores tradicionais.
A lei diz que o poder de processamento aumenta em uma taxa exponencial dupla, ou seja, em um
fator de 22(1) (4×), então 22(2) (16×), então 22(3) (256×), depois 22(4) (65.536×), e assim
sucessivamente. Contraste com a Lei de Moore, que dizia que o poder da computação duplicava
a cada dois anos.
A Tabela a seguir mostra o comparativo numérico entre a Lei de Moore e a Lei de Neven ao longo
de um período de 20 anos, indicando a performance relativa dos sistemas baseados em cada lei:
Tabela 2 – Comparação do Crescimento da Performance Computacional: Lei de Moore versus
Lei de Neven
Ano
Lei de Moore
(Performance Relativa)
Lei de Neven
(Performance Relativa)
0 1 1
Ano
Lei de Moore
(Performance Relativa)
Lei de Neven
(Performance Relativa)
2 2 4
4 4 16
6 8 64
8 19 256
10 32 1024
12 64 4096
14 128 16384
16 256 65536
18 512 262144
20 1024 1048576
O gráfico correspondente, usando uma escala logarítmica para ilustrar a diferença no
crescimento exponencial, mostra como a Lei de Neven prevê uma escalada de desempenho
muito mais rápida comparada à Lei de Moore.
Supremacia Quântica 
Supremacia Quântica é a capacidade de um computador quântico resolver um problema
considerado impossível para supercomputadores. É quando um dispositivo desse tipo consegue
realizar uma tarefa impraticável para máquinas clássicas, mostrando uma vantagem
quantitativa importante. Em 2019, o Google demonstrou essa supremacia com seu processador
Sycamore. Em 10/2019 O Google afirmou ter alcançado supremacia quântica com array de 53
qubtiz ( 54 – um não funcionou), realizando em 200 segundos operações que levariam 10.000
anos para serem realizadas em um supercomputador.
Surge então o importante questionamento: qual será o plano futuro nesta supremacia, em
Engenharia Mecatrônica?
Aqui está um resumo em forma de Tabela das potencialidades nas   aplicações da computação
quântica na engenharia mecatrônica:
Tabela 3 – Impacto Potencial das Tecnologias Avançadas em Diversas Áreas de Aplicação
Área de Aplicação Impacto Potencial
Otimização de
Sistemas
Melhoria na eficiência e performance de
sistemas mecatrônicos complexos
através de soluções ótimas.
Simulações e
Modelagens
Aumento na precisão das simulações de
materiais e componentes, acelerando
inovação e design.
Manutenção
Preditiva
Análise avançada de dados para previsão
de falhas, reduzindo inatividade e
prolongando a vida útil do equipamento.
Robótica e Controle
Inteligente
Desenvolvimento de controladores mais
eficientes para robótica, melhorando a
Área de Aplicação Impacto Potencial
autonomia e resposta em ambientes
dinâmicos.
Desenvolvimento de
Materiais
Simulação de propriedades de materiais
em nível atômico para pesquisa e
desenvolvimento mais rápidos.
Segurança
Cibernética
Fortalecimento da segurança através de
criptografia quântica, essencial para
proteger sistemas integrados.
Esses impactos potenciais destacam como a computação quântica pode ser uma ferramenta
poderosa para avançar a tecnologia mecatrônica, proporcionando soluções inovadoras e
eficazes.
Hardware de Computadores Quânticos
Um computador quântico utiliza hardware altamente especializado, operando em temperaturas
extremamente baixas para explorar a mecânica quântica. Os qubits permitem múltiplos estados
ao mesmo tempo, acelerando os cálculos. A necessidade de isolamento contra interferências
ambientais exige o uso de tecnologias como gaiolas de Faraday. Sistemas de correção de erros
e manipulação de qubits por laser e microondas são essenciais. Esses desafios representam
áreas de pesquisa cruciais na computação quântica.
Aqui está um resumo em forma de Tabela das partes que compõem a QPU D-Wave One de 128
qubits:
Tabela 4 – Partes que Compõem a QPU D-Wave One de 128 qubits 
Componente Descrição
Qubits
(supercondutores de
nióbio)
Elementos básicos de processamento,
capazes de estar em múltiplos estados
simultaneamente.
Junção Josephson
Dispositivo que controla a corrente
elétrica entre supercondutores para
manipularqubits.
Acopladores
(internos e externos)
Conexões entre qubits que permitem a
interação para cálculos quânticos.
Memória magnética
individual (por
qubits)
Mantém a estabilidade do estado
quântico de cada qubit.
Sensores
magnéticos de
campo ambiente
Monitoram e ajustam o ambiente
magnético ao redor dos qubits para evitar
interferências.
Essa Tabela destaca os principais componentes e suas funções dentro da QPU D-Wave One.
Exemplos de QPUS
Processador Sycamore (Google)
O Processador Quântico Sycamore, criado pelo Google em parceria com a NASA, demonstrou
sua superioridade em 2019 ao completar uma determinada tarefa de forma muito mais rápida do
que os supercomputadores tradicionais. Com seus 53 qb = 253 estados paralelos =
10.000.000.000.000 estados (10 quatrilhões de cálculos de uma vez só), aproveitando
fenômenos como superposição e emaranhamento. Essa realização ressalta o enorme potencial
da computação quântica, apesar de ainda enfrentar diversos obstáculos para ser aplicada de
forma prática e em larga escala.
Clique no botão para visualizar.
ACESSE
Processador Intel Tangle Lake
O processador Intel Tangle Lake é um chip de computação quântica desenvolvido pela Intel,
nomeado em referência ao Lago Tangle na região selvagem do Oregon, EUA. Esse chip integra
os planos da Intel de progredir na área crescente da computação quântica. O Tangle Lake foi
introduzido pela primeira vez em 2018 e é notável por sua arquitetura de 49 qubits (249 estados
paralelos).
Imagem
Handover of the Google quantum processor.
https://cdn.4gnews.pt/imagens/google-sycamore.jpg?class=article
  Figura 5   The Tangle Lake 49-qubit quantum processor
Fonte: Divulgação
#ParaTodosVerem: a imagem mostra o Tangle Lake, um processador quântico de 49
qubits. O processador é apresentado em uma disposição retangular sobre um fundo
escuro. Consiste em vários círculos dourados organizados em uma matriz de sete linhas
por sete colunas. Cada círculo representa um qubit, com um brilho metálico e detalhes
refletivos. Há quatro espaços vazios no canto superior direito e em posições diversas na
matriz, onde os qubits estão ausentes. O contraste dos círculos dourados com o fundo
escuro realça visualmente a complexidade e a precisão do design do processador. Fim
da descrição.
Imagem
Inside The 2018 Consumer Electronics Show
Clique no botão para visualizar.
ACESSE
Sistema de Refrigeração
Para funcionar, a QPU necessita ser frefrigerada à temperaturas muito próximas do zero
absoluto (15 mK / ~-273°C). Para isso, necessita de um sistema de refrigeração especial
(criostato), composto por:
Refrigerador de Diluição (sistema de ciclo fechado): este equipamento é
amplamente empregado para obter temperaturas extremamente baixas,
próximas do zero absoluto. Seu funcionamento se baseia na diluição do
hélio-3 em hélio-4, o que possibilita alcançar temperaturas inferiores a 1
Kelvin. O procedimento consiste na mistura dos dois isótopos de hélio,
em que o hélio-3, ao se diluir no hélio-4, absorve calor e realiza o
resfriamento;
Refrigerante – Hélio liquido: o gás hélio é indispensável devido às suas
características singulares, como um ponto de ebulição muito baixo (por
volta de 4.2 K à pressão atmosférica) e a capacidade de se manter líquido
em temperaturas próximas ao zero absoluto sob pressões elevadas. Por
conta disso, ele se torna a bebida gaseificada perfeita para situações que
necessitam de temperaturas extremamente baixas;
Blindagem Especial: a proteção específica é essencial para proteger a
unidade de processamento quântico de possíveis fontes de calor e
radiação eletromagnética externas que poderiam interferir em seu
desempenho. Normalmente, essa proteção é composta por diversas
camadas de materiais isolantes térmicos, como o superisolante, que é
capaz de refletir a radiação infravermelha e diminuir a transmissão de
calor por radiação.
https://image.cnbcfm.com/api/v1/image/104935735-GettyImages-902826468.jpg?v=1532563703&w=929&h=523&ffmt=webp&vtcrop=y
Blindagem e Interfaces
Segue uma Tabela que detalha os componentes indispensáveis para o funcionamento de um
computador quântico, além do próprio QPU e dos sistemas de refrigeração, juntamente com uma
breve descrição de suas utilidades:
Tabela 5 – Componentes Indispensáveis para o Funcionamento de um Computador Quântico
Componente Função
Filtros Especiais
para Remoção de
Ruído EM 
e de RF
Eliminam ou reduzem a interferência
eletromagnética (EM) e de radiofrequência
(RF), mantendo a coerência dos qubits.
Sistema de
Blindagem
Magnética
Protege os componentes sensíveis contra
campos magnéticos externos que podem
alterar os estados dos qubits.
Conversores DAC e
ADC
DAC transforma sinais digitais em
analógicos para controle dos qubits; ADC
converte respostas analógicas dos qubits
para digital.
Servidor Front-End
Interface entre os usuários e o sistema
quântico, processando instruções e
convertendo-as em sinais para a QPU, e
coletando resultados para os usuários.
Conversores
Eletrônicos de
Sinais do Servidor
Convertem sinais digitais do servidor
front-end em correntes analógicas
Componente Função
Front-End para
Correntes
Analógicas
utilizadas pelos componentes do
computador quântico.
Linhas de
Transmissão de
Dados
Linhas metálicas e supercondutoras que
transmitem dados entre diferentes partes
do sistema quântico, sendo
supercondutoras úteis em temperaturas
muito baixas.
Estes componentes são essenciais para garantir a operação eficiente e precisa de um
computador quântico, cada um contribuindo de maneira específica para mitigar desafios e
interferências que poderiam comprometer o sistema.
O "Lustre"
À primeira vista, o computador quântico lembra um lustre gigante feito de tubos de cobres e
cabos. É também assim que os especialistas chamam a estrutura: "lustre". Seu núcleo contém
um chip supercondutor em que os qubits se dispõem como num tabuleiro de xadrez. O
computador quântico da Google tem 54 qubits, embora um deles não tenha funcionado.
Os qubits são capacitores mínimos feitos de nióbio, um elemento químico tão duro quanto o
titânio. Quando se faz suas cargas oscilarem, eles não têm estados fixos, semelhante às
moedas que giram. Entre eles estão acopladores ajustáveis, consistindo de ressonadores,
pequenas antenas que reagem a micro-ondas.
O chip supercondutor está localizado num campo eletromagnético de micro-ondas, que opera a
temperaturas próximas do zero absoluto. No computador quântico da IBM, por exemplo, ela é de
-273,135ºC, só sendo alcançada imergindo-se todo o "lustre" num tanque de hélio líquido.
  Figura 6   O "lustre" 
Fonte: Divulgação
#ParaTodosVerem: a imagem mostra uma visão detalhada do interior de um cryostat
utilizado em computação quântica. Trata-se de uma estrutura vertical complexa com
várias camadas circulares, que se assemelham a andares de um prédio futurista. Cada
"andar" é rico em detalhes com componentes metálicos em tons de cobre e dourado,
cheio de fios e tubos que se estendem em várias direções. A parte superior da estrutura
é conectada a uma grande base azulada que parece suportar todo o conjunto. O ambiente
ao redor é um laboratório técnico com piso liso e algumas mesas e equipamentos ao
fundo. Fim da descrição.
  Figura 7   Estrutura de pratos de metal necessárias para esfriar e
proteger chips quânticos
Fonte: Divulgação
#ParaTodosVerem: a imagem mostra um componente intrincado de um computador
quântico, mais especificamente um cryostat que abriga qubits. Este equipamento tem
várias camadas circulares empilhadas verticalmente, com uma aparência metálica de
tons dourados e cobre. Cada camada contém uma complexidade de fios e componentes
metálicos que se estendem radialmente para fora do centro. O ambiente ao redor parece
ser um laboratório com paredes brancas e iluminação fluorescente. A construção
detalhada e a precisão do equipamento são evidentes, destacando a sofisticação
tecnológica do dispositivo. Fim da descrição.
D-Wave System
Computador Quântico: SistemaD-Wave 2000 Q.
  Figura 8   Computador Quântico: Sistema D-Wave 2000Q
Fonte: Divulgação
#ParaTodosVerem: a imagem mostra um componente intrincado de um computador
quântico, mais especificamente um cryostat que abriga qubits. Este equipamento tem
várias camadas circulares empilhadas verticalmente, com uma aparência metálica de
tons dourados e cobre. Cada camada contém uma complexidade de fios e componentes
metálicos que se estendem radialmente para fora do centro. O ambiente ao redor parece
ser um laboratório com paredes brancas e iluminação fluorescente. A construção
detalhada e a precisão do equipamento são evidentes, destacando a sofisticação
tecnológica do dispositivo. Fim da descrição.
  Figura 9   D-Wave QPU 
Fonte: Divulgação
#ParaTodosVerem: a imagem mostra um processador quântico da D-Wave, montado
dentro de uma moldura metálica dourada que é utilizada para acomodar e proteger o
chip. O centro da imagem é dominado pelo próprio chip, que é relativamente pequeno em
comparação com a moldura, e está fixado em uma placa de circuito verde com muitas
conexões e trilhas visíveis. O chip é apresentado em uma coloração mais clara, com uma
matriz visível de pequenos quadrados que representam os qubits. Fim da descrição.
E o Software?
Segundo o Prof. Fábio dos Reis (Bóson Treinamentos), computadores quânticos empregarão
softwares especializados, principalmente em nível de conjuntos de instruções, algoritmos,
compiladores e linguagens de programação.
Microarquitetura da QPU: (conjunto de instruções
dentro dos processadores);
Mais detalhadamente:
Algoritmos quânticos: Shor, Grover (já existem para
aplicações de fatoração e matemática, ...);
QEC (Quantum Error Correction): (pq. este é um dos problemas para o
desenvolvimento deste tipo de máquina);
Compiladores: (softwares que pegarão uma linguagem de alto nível e
transformá-la numa linguagem de máquina que será executada na QPU);
SDKs (Software Development Kits): ProjectQ, Qiskit;
Linguagens de Programação e Frameworks: OpenQL, Q#, QCL,
QML.
Microarquitetura da QPU (Quantum Processing Unit): a QPU é o
coração do hardware quântico, semelhante à CPU nos
computadores tradicionais. A microarquitetura da
QPU envolve o conjunto de instruções que define as
operações básicas que a QPU pode executar, como
portas quânticas e medições;
Algoritmos Quânticos: algoritmos como o de Shor e Grover
são fundamentais na computação quântica. O
algoritmo de Shor é conhecido por sua capacidade de
fatorar números grandes muito mais rapidamente do
que os melhores algoritmos clássicos, o que tem
implicações significativas para a criptografia. O
algoritmo de Grover, por outro lado, oferece uma
Linguagens de Programação e Frameworks
Há várias linguagens de programação especializadas para a computação quântica, incluindo:
vantagem quadrática para a busca em uma lista não
ordenada;
QEC (Quantum Error Correction): a correção de erros quânticos
é crucial porque os qubits (unidades básicas de
informação quântica) são extremamente suscetíveis a
erros devido a interferências externas e decorrência. O
QEC é projetado para proteger a informação quântica e
garantir a computação precisa, mesmo na presença de
falhas;
Compiladores: os compiladores em computação quântica
transformam código de alto nível, escrito em
linguagens de programação quântica, em um conjunto
de instruções que pode ser executado em uma QPU.
Esses compiladores precisam considerar as
peculiaridades da computação quântica, como a
superposição e o emaranhamento de qubits;
SDKs (Software Development Kits): ferramentas como ProjectQ
e Qiskit são exemplos de SDKs que permitem aos
desenvolvedores escrever e testar algoritmos
quânticos. Estes SDKs fornecem bibliotecas e
ferramentas que facilitam a interação com o hardware
quântico.
Esses componentes de software são essenciais para o avanço e a aplicação prática da
tecnologia quântica, enfrentando desafios únicos devido às propriedades da mecânica quântica.
Consumo de Energia Elétrica
Ao comparar o gasto energético de supercomputadores convencionais com o de computadores
quânticos, constata-se divergências marcantes, sobretudo em razão das características e do
funcionamento distintos de cada uma dessas tecnologias.
Os supercomputadores, conforme mencionado, têm a capacidade de consumir uma grande
quantidade de energia, alcançando a ordem de megawatts (MW). Isso ocorre devido ao elevado
número de processadores em operação para executar cálculos complexos e exigentes. Além
disso, é essencial contar com sistemas de refrigeração eficientes para dissipar o calor
produzido por esses componentes, o que contribui ainda mais para o consumo energético
elevado.
Por contrapartida, computadores quânticos, como por exemplo o da D-Wave, tendem a requerer
bem menos energia, aproximadamente 25 kW. A redução do consumo se deve principalmente à
quantidade menor de qubits e à menor produção de calor se comparado aos processadores
convencionais. Apesar disso, uma parte considerável dessa energia é utilizada para o sistema
de refrigeração criogênico, responsável por manter a Unidade de Processamento Quântico
(QPU) em temperaturas extremamente baixas, próximas ao zero absoluto. Esse procedimento é
Q#: desenvolvida pela Microsoft, é integrada com o Visual Studio e
destina-se a aplicações em computação quântica;
QCL: uma das primeiras linguagens de programação quântica com uma
sintaxe semelhante a C;
QML: focada em aprendizado de máquina quântico;
OpenQL: uma linguagem de baixo nível que suporta operações quânticas
complexas.
essencial para manter o estado quântico dos qubits intacto, visto que eles são sensíveis a
flutuações térmicas.
A eficácia energética dos computadores quânticos, aliada à sua habilidade de solucionar
determinados tipos de problemas de maneira mais rápida do que os supercomputadores
tradicionais, indica um potencial grandioso para transformar áreas que requerem cálculos
intensivos, como a criptografia, modelagem molecular e otimização de sistemas complexos, e
ainda assim com um menor consumo de energia.
A Tabela a seguir resume a diferença no consumo de energia entre supercomputadores e
computadores quânticos:
Tabela 6 – Diferença no Consumo de Energia entre Supercomputadores e Computadores
Quânticos
Tipo de
Computador
Consumo de
Energia
Principal Uso de Energia
Supercomputador
Da ordem de
MW
Processamento intensivo
e refrigeração
Computador
Quântico
Cerca de 25
kW
Sistema de refrigeração
criogênico
Esta Tabela evidencia as diferenças fundamentais no consumo de energia e nas principais áreas
que a consomem.
Aplicações de Computadores Quânticos
(Propostas)
Quando os computadores quânticos se tornarem amplamente acessíveis, eles têm o potencial
de revolucionar diversos setores devido à sua habilidade de processar informações em uma
escala muito mais rápida do que os computadores tradicionais. Abaixo estão algumas das
possíveis aplicações para essa tecnologia inovadora:
Medicina Personalizada: a medicina de precisão pode ser revolucionada
com o uso de computadores quânticos, que terão a capacidade de
simular interações moleculares e processos biológicos de forma
detalhada. Com isso, será possível desenvolver medicamentos
personalizados adaptados ao DNA de cada indivíduo, com a perspectiva
de aumentar a eficácia e diminuir os efeitos adversos;
Previsão Meteorológica e Mudanças Climáticas: a habilidade de analisar
vastas quantidades de informações climáticas com precisão poderia
trazer uma revolução na meteorologia. Computadores quânticos
poderiam fornecer previsões meteorológicas extremamente precisas e
contribuir para o desenvolvimento de modelos climáticos mais
avançados na luta contra as alterações climáticas;
Desenvolvimento de Novos Materiais: a utilização da simulação e
materiais em escala quântica poderia agilizar a inovação e a criação de
novos materiais com características desejáveis, como fertilizantes com
maior eficiência, plásticos ecologicamentecorretos ou baterias com
longa durabilidade e elevada capacidade;
Segurança Digital: os computadores quânticos têm o potencial de
aprimorar a segurança cibernética através da distribuição quântica de
chaves (QKD). Esse método utiliza conceitos da física quântica para
compartilhar chaves criptográficas de maneira segura, garantindo que as
comunicações sejam protegidas contra interceptações;
Simulações Moleculares: a tecnologia em questão seria capaz de
conduzir simulações molecular de elevada complexidade, as quais
seriam atualmente inviáveis ou extremamente demoradas se realizadas
por computadores tradicionais. Tais simulações poderiam fomentar
avanços científicos nas áreas de química e materiais;
Estes usos são apenas uma pequena parte das capacidades dos computadores quânticos. À
medida que esta tecnologia avança, é provável que novas utilizações surjam, ampliando ainda
mais os limites do que é viável na ciência e tecnologia.
Na área da Engenharia Mecatrônica, que integra conhecimentos de mecânica, eletrônica,
controle e computação, os computadores quânticos apresentam a capacidade de promover
progressos significativos em diversas áreas:
Otimização de Problemas: computadores quânticos têm potencial para
Otimizar Problemas e aprimorar desafios em variadas áreas, como
robótica, inteligência artificial e Machine Learning. Isso abrange desde
aperfeiçoamento de trajetos logísticos até desenvolvimento de
algoritmos mais eficazes para o aprimoramento de redes neurais.
Otimização de Sistemas Mecatrônicos: os computadores quânticos têm
potencial para otimizar sistemas mecatrônicos, auxiliando em todas as
etapas, desde o projeto até a manutenção. Essas máquinas poderiam
realizar cálculos para encontrar a melhor combinação de peças
mecânicas e eletrônicas, visando maximizar a eficiência e reduzir os
gastos financeiros;
Robótica Avançada: na área da robótica avançada, os computadores
quânticos têm o potencial de auxiliar no aprimoramento de algoritmos
que aprimoram a capacidade de aprendizagem e autonomia dos robôs.
Isso possibilita que realizem atividades mais intricadas e tomem
decisões em tempo real de maneira mais ágil;
Simulações Dinâmicas: empregando computadores quânticos, poder-se-
ia executar simulações dinâmicas de sistemas mecatrônicos com uma
precisão e rapidez significativamente maiores. Isso viabilizaria a
avaliação e confirmação de teorias e modelos em um intervalo de tempo
muito menor do que o necessário atualmente;
Controle Inteligente: gestão Avançada com a habilidade de analisar uma
grande quantidade de informações instantaneamente pode gerar
melhorias substanciais em sistemas de gestão avançada. Isso abrange
Estes exemplos mostram o potencial dos computadores quânticos para revolucionar a
engenharia mecatrônica, melhorando a eficiência, precisão e inteligência dos sistemas.
Segue abaixo uma Tabela resumida que destaca as possíveis potencialidades dos
computadores quânticos na área de engenharia mecatrônica:
Tabela 7 – Possíveis potencialidades dos computadores quânticos na área de engenharia
mecatrônica
Área de Aplicação Descrição Resumida
Otimização de
Sistemas
Mecatrônicos
Otimizar configurações de componentes
para eficiência e custo.
Robótica Avançada
Desenvolver algoritmos para melhorar a
aprendizagem e autonomia de robôs.
Simulações
Dinâmicas
Realizar simulações de alta precisão e
velocidade para testar e verificar modelos
mecatrônicos.
desde sistemas de automação em indústrias até o controle de processos
mais complexos em veículos sem motorista;
Manufatura Inteligente e Cadeias de Suprimentos: trata-se da indústria
4.0 e Logística Integrada. A tecnologia de computação quântica poderia
aprimorar as atividades da indústria e da logística, minimizando perdas e
aperfeiçoando a eficácia no processo de fabricação. Isso englobaria a
automação de máquinas, a gestão de materiais e a previsão de
manutenção.
Área de Aplicação Descrição Resumida
Controle Inteligente
Melhorar sistemas de controle em tempo
real para automação e veículos
autônomos.
Manufatura
Inteligente e Cadeias
de Suprimentos
Otimizar operações de produção e
logística para eficiência e manutenção
preditiva.
A Tabela oferece uma perspectiva clara sobre o potencial de utilização de computadores
quânticos para impulsionar e melhorar os procedimentos na engenharia mecatrônica.
Desafios a Serem Superados
Sim, os obstáculos que citados anteriormente são de extrema importância para o
desenvolvimento e a utilidade prática da computação quântica. Vamos analisar cada um deles
com mais detalhes.
Implementar sistemas para correção de erros: os qubits são bastante
sensíveis a falhas devido a interferências externas e imperfeições
durante a produção dos dispositivos. Sistemas de correção de falhas são
cruciais para resguardar as informações quânticas e assegurar a
precisão dos cálculos. Essa é uma área que demanda muita pesquisa e
inovação;
Aperfeiçoar o entrelaçamento quântico entre qubits: o entrelaçamento é
um elemento essencial que possibilita que diversos qubits colaborem e
trabalhem juntos para executar operações complicadas que seriam
impossíveis em um computador tradicional. Desenvolver a eficácia e a
constância da conexão entre qubits em grande escala é um desafio
técnico de grande importância;
Cada um desses desafios representa uma área de estudo em constante evolução e avanços em
qualquer um deles podem resultar em significativas melhorias na área da tecnologia quântica.
Futuro da Computação Quântica
Site 
Comece seu estudo sobre o futuro da computação quântica assistindo ao vídeo IBM. IBM
Ampliar a quantidade de qubits: no presente momento, os computadores
quânticos contam com um número relativamente reduzido de qubits.
Para poder concorrer com os computadores clássicos em determinadas
atividades e aproveitar ao máximo o potencial verdadeiro da computação
quântica, será indispensável ampliar de forma considerável a quantidade
de qubits. Ademais, qubits extras são imprescindíveis para a aplicação
de códigos de correção de erros;
Desenvolver eletrônica para baixas temperaturas, como o Cryo-CMOS:
os qubits usualmente demandam operação em temperaturas muito frias,
próximas do zero absoluto, a fim de reduzir a interferência. Isso implica
na criação de circuitos eletrônicos específicos que consigam funcionar
nessas circunstâncias, envolvendo a utilização de materiais
semicondutores inovadores e métodos de integração alternativos;
Eliminar problemas de decoerência (perda da superposição): a
decoerência é o fenômeno pelo qual um sistema quântico deixa de
apresentar propriedades quânticas devido à interação com o entorno.
Gerenciar ou suprimir a decoerência é fundamental para preservar a
consistência dos estados quânticos ao longo do tempo requerido para
realizar operações de alta complexidade.
Quantum System Two, the world’s first modular utility-scale quantum computer system.
Posteriormente, acesse o site da INTEL, e interaja com a leitura: IBM lança o Quantum Software
Development Kit Versão 1.0 para o Ecossistema de Desenvolvedores Crescentes.
Clique no botão para conferir o conteúdo.
ACESSE
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ACESSE
  Figura 10   Kit de Desenvolvimento de Software Quântico da
Intel 
Fonte: Divulgação
#ParaTodosVerem: a imagem mostra um painel visualizando o kit de desenvolvimento de
software quântico da Intel. O painel é repleto de gráficos coloridos em tons de azul e
laranja, que representam dados ou processos quânticos. A interface tem um design
https://www.ibm.com/quantum/technology?mhsrc=ibmsearch_a&mhq=IBM%20Q%20System%20One
https://www.intel.com.br/content/www/br/pt/newsroom/news/intel-releases-quantum-sdk.html
futurista, com linhas limpas e um aspecto muito moderno, enfatizando a sofisticação e a
complexidade da computação quântica. Fim da descrição.
O horizonte da computação quântica é extremamente promissor e entusiasmante, mesmo
estando em seus estágios iniciais. Com oavanço das pesquisas e os crescentes investimentos,
podemos antecipar avanços substanciais nos próximos anos. A seguir estão destacados alguns
aspectos fundamentais sobre o futuro da computação quântica:
Domínio e Superioridade Quântica: estamos presenciando o surgimento
de cenários nos quais computadores quânticos executam determinadas
tarefas de maneira significativamente mais eficiente do que os mais
potentes supercomputadores convencionais. Alcançar uma
superioridade quântica de forma consistente em diversas áreas de
aplicação é uma das grandes metas futuras;
Avanço Tecnológico: a evolução da tecnologia para a construção de
computadores quânticos está em progresso. Isso envolve
aprimoramentos na eficiência dos qubits, na redução das taxas de erro e
na ampliação dos sistemas. A aplicação de baixas temperaturas, o
aprimoramento do controle de erros quânticos e a criação de softwares
especializados em computação quântica são campos de pesquisa
essenciais;
Uso na Prática: mesmo que continuemos a descobrir o real alcance dos
computadores quânticos, é esperado que eles tragam aplicações
inovadoras em áreas como segurança de dados, descoberta de novos
compostos e remédios, melhoria de processos complexos, entre outras
possibilidades;
Aportes Financeiros e Parcerias Globais: a constante injeção de
recursos por parte de entidades públicas e corporações demonstra a
confiança no potencial da computação quântica. Adicionalmente, a
cooperação entre países e diferentes setores é essencial para enfrentar
os obstáculos tanto práticos quanto teóricos;
A computação quântica não tem o objetivo de substituir os computadores convencionais, mas
sim de complementá-los, possibilitando a resolução de problemas que atualmente são
impossíveis de serem solucionados pela computação tradicional.
Formação e Mercado de Trabalho: com a expansão da computação
quântica, a demanda por profissionais capacitados também aumenta. Por
isso, estão surgindo programas de ensino e cursos especializados para
capacitar os futuros cientistas e engenheiros quânticos;
Desafios em relação à segurança: com a capacidade de decifrar códigos
atualmente considerados seguros, a computação quântica também
apresenta desafios inéditos no âmbito da segurança. Esse cenário está
impulsionando o avanço da criptografia pós-quântica, que tem o objetivo
de se proteger contra possíveis ataques de computadores quânticos.
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta disciplina:
    Livro    
Física Moderna
TIPLER, P. A.; LIEWELLYN, R.A. Física Moderna. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017.
    Vídeos    
Física Quântica para Principiantes – Aula 1: O Que Não é
Física Quântica  
Noções sobre Física Quântica.
Clique no botão para conferir o vídeo indicado.
Página 2 de 7
Material Complementar
ASSISTA
O que é um Computador Quântico – Conceitos e
Funcionamento
Noções sobre o Computador Quântico.
Clique no botão para conferir o vídeo indicado.
ASSISTA
    Leitura    
IBM Quantum System Two – Unveiling 
Desenvolvimento do Computador Quântico da Intel.
Clique no botão para conferir o conteúdo.
ACESSE
https://www.youtube.com/watch?v=KjTtWwMxuc4&list=PLUY_aWRSP5rtlOzDQg2mb44NtiI_ljuuZ&index=1
https://www.youtube.com/watch?v=s9MyPVujd7E
https://www.ibm.com/quantum/technology?mhsrc=ibmsearch_a&mhq=IBM%20Q%20System%20One
Caro(a), estudante.
Agora, vamos compreender o cenário que será abordado no primeiro estudo de caso da
disciplina.
Atente-se à situação profissional que você precisará entender para poder realizar a atividade.
Lembre-se: apesar de não ser avaliada, o objetivo da atividade é lhe proporcionar uma
autoavaliação dos pontos tratados no decorrer desta disciplina. O assunto aqui tratado o(a)
ajudará, também, a realizar a avaliação geral ao fim desta disciplina.
O Experimento Mental do Gato de Schrödinger
Lucas é o novo engenheiro mecatrônico da empresa Beta, um enorme conglomerado da área
que combina engenharia mecânica, eletrônica e computação, com mais de 1.000 colaboradores.
A empresa cria sistemas automatizados e produtos inovadores. Por ser um campo de extrema
importância em segmentos como robótica, automação industrial, controle de sistemas,
desenvolvimento de veículos autônomos e medição eletrônica, a aplicação de tecnologias de
inteligência artificial e aprendizado de máquina se faz presente. A atuação de Lucas é vital para
aprimorar a eficiência, a precisão e a autonomia em processos industriais e dispositivos
tecnológicos, adaptando-se de forma contínua às evoluções tecnológicas e às demandas
emergentes do mercado.
Página 3 de 7
Estudo de Caso 1
Assim sendo, sua primeira tarefa desafiadora é ter um entendimento sobre o computador
quântico e assim, para início desse entendimento, lhe é pedido um estudo sobre “O experimento
mental do gato de Schrödinger”, que foi publicado em um artigo de 1935 intitulado “Sobre a
situação atual na mecânica quântica”, experimento este que ilustra o um conceito da Física
Quântica conhecido como superposição quântica. Assim, ele deve ter um entendimento sobre o
experimento realizado por Schrödinger, que aborda a teoria chamada de superposição quântica,
e por fim constatar a situação do gato antes de abrir a caixa, comprovando essa importante
teoria da mecânica quântica.
Para que Lucas possa realizar essa tarefa, você deverá realizar um levantamento do perfil de
um gestor da qualidade, pesquisando na internet quais as competências técnicas e
comportamentais mais requeridas a esse profissional.  
Pesquise no mínimo oito competências. Procure dar uma breve explicação para cada uma delas.
Você pode decidir se apresentará mais competências comportamentais ou técnicas.
Não esqueça de inserir as fontes de sua pesquisa.
CONTINUE
Resolução
O aluno deverá pesquisar na internet sobre o experimento mental do gato de Schrödinger. Ele
deve ter um entendimento sobre o experimento realizado por Schrödinger, que aborda a teoria
chamada de superposição quântica, e por fim constatar a situação do gato antes de abrir a
caixa, comprovando, assim, essa importante teoria da mecânica quântica.
Ele sabe que terá grande trabalho, porém os resultados trarão ganhos expressivos para seu
entendimento sobre a teoria da superposição quântica.
Exemplo:
Vídeo
O Gato de Schrödinger Explicado
Clique no botão para conferir o vídeo indicado.
ASSISTA
Ter um olhar sobre a mecânica quântica como uma boa teoria do mundo
microscópico;
Ter noções de conhecimentos sobre a Física Quântica, esclarecendo a
ideia de como nós interpretamos conceitos matemáticos da Física
Quântica para descrever a realidade;
Ter uma visão clara sobre a teoria da superposição quântica;
Ter um olhar atento e sensível sobre qual é a situação do gato antes de
abrir a caixa.
https://youtu.be/Z4uIBLHs3_E?si=ZYxsF1PXxvta5c3g
Caro(a), estudante.
Agora, vamos compreender o cenário que será abordado no segundo estudo de caso da
disciplina.
Atente-se à situação profissional que você precisará entender para poder realizar a atividade.
Lembre-se: apesar de não ser avaliada, o objetivo da atividade é lhe proporcionar uma
autoavaliação dos pontos tratados no decorrer desta disciplina. O assunto aqui tratado o(a)
ajudará, também, a realizar a avaliação geral ao fim desta disciplina.
Problema do Caixeiro Viajante Via Computação
Quântica Adiabática
Lucas, engenheiro mecatrônico da empresa Beta, agora é arguido sobre a determinação da
melhor rota para um “caixeiro viajante” visitar múltiplas cidades de forma a reduzir ao máximo a
distância total percorrida. Essa técnica se baseia nos fundamentos da Física Quântica para
realizar cálculos e solucionar problemas de otimização complicados de maneira mais eficaz do
que os computadores tradicionais.
Página 4 de 7
Estudo de Caso 2
Cenário: uma organização global de logística, a empresa Beta, deseja melhorar as rotas de
distribuição de seus veículos em diversas cidades europeias. O intuito é diminuir o tempo de