Introdução à computação quântica e ao Quantum Development kitIntroduction to quantum computing and the Quantum Development Kit

O Microsoft Quantum Development Kit (QDK) é um conjunto de ferramentas open-source criado para ajudar os programadores a aprender o que são algoritmos quânticos e a escrever programas quânticos.The Microsoft Quantum Development Kit (QDK) is a set of open-source tools designed to help developers learn quantum algorithms and write quantum programs. A computação quântica promete resolver alguns dos maios desafios do nosso planeta nas áreas do ambiente, da agricultura, da saúde, da energia, do cliente, da ciência dos materiais, entre outros com que ainda nem nos deparámos.Quantum computing holds the promise to solve some of our planet's biggest challenges - in the areas of environment, agriculture, health, energy, climate, materials science, and others we haven't encountered yet.

E mesmo os nossos computadores mais poderosos têm dificuldade em resolver alguns desses problemas.For some of these problems, even our most powerful computers run into problems. Embora a tecnologia quântica ainda esteja a começar a impactar o mundo da computação, poderá ter um grande alcance e mudar a forma como a encaramos.While quantum technology is just beginning to impact the computing world, it could be far-reaching and change the way we think about computing.

O que é a computação quântica?What is quantum computing?

No uso moderno, o termo "quântico" refere-se à unidade discreta mais pequena possível de qualquer propriedade física, referindo-se, normalmente, às propriedades de partículas atómicas ou subatómicas.In modern usage, the word quantum means the smallest possible discrete unit of any physical property, usually referring to properties of atomic or subatomic particles. Os computadores quânticos utilizam partículas quânticas reais, átomos artificiais ou propriedades coletivas de partículas quânticas como unidades de processamento e são dispositivos grandes, complexos e caros.Quantum computers use actual quantum particles, artificial atoms, or collective properties of quantum particles as processing units, and are large, complex, and expensive devices.

Tirando partido do comportamento único da física quântica e aplicando-o à computação, os computadores quânticos introduzem conceitos novos nos métodos de programação tradicionais ao recorrerem a comportamentos físicos quânticos como sobreposição, entrelaçamento e interferência quântica.Harnessing the unique behavior of quantum physics and applying it to computing, quantum computers introduce new concepts to traditional programming methods, making use of quantum physics behaviors such as superposition, entanglement, and quantum interference.

O que pode fazer um computador quântico?What can a quantum computer do?

Um computador quântico não é um supercomputador que consegue fazer tudo mais depressa, mas há algumas áreas em que funciona excecionalmente bem.A quantum computer isn't a supercomputer that can do everything faster, but there are a few areas where quantum computers do exceptionally well.

Simulação quânticaQuantum simulation

Uma vez que os computadores quânticos utilizam fenómenos quânticos na computação, são adequados para modelar outros sistemas quânticos.Since quantum computers use quantum phenomena in computation, they are well suited for modeling other quantum systems. Alguns exemplos de mecanismos quânticos que os programas quânticos podem simular incluem fotossíntese, supercondutividade e formações moleculares complexas.Photosynthesis, superconductivity, and complex molecular formations are examples of quantum mechanisms that quantum programs can simulate.

Criptografia e algoritmo de ShorCryptography and Shor’s algorithm

Em 1994, Peter Shor demonstrou que um computador quântico dimensionável era capaz de descodificar técnicas de encriptação muito utilizadas, como o algoritmo RSA.In 1994, Peter Shor showed that a scalable quantum computer could break widely used encryption techniques such as the RSA algorithm. A criptografia clássica baseia-se na complexidade dos problemas, como fatorização de números inteiros ou logaritmos discretos, muitos dos quais podem ser resolvidos de forma mais eficiente com computadores quânticos.Classical cryptography relies on the intractability of problems such as integer factorization or discrete logarithms, many of which can be solved more efficiently using quantum computers.

Pesquisa e algoritmo de GroverSearch and Grover’s algorithm

Em 1996, Lov Grover desenvolveu um algoritmo quântico que acelerou significativamente a solução para pesquisas de dados não estruturados, executando as pesquisas em menos passos do que qualquer algoritmo clássico conseguia.In 1996, Lov Grover developed a quantum algorithm that dramatically sped up the solution to unstructured data searches, running the search in fewer steps than any classical algorithm could.

Computação e otimização inspiradas na quânticaQuantum-inspired computing and optimization

Os algoritmos inspirados na quântica utilizam princípios quânticos para aumentar a velocidade e a precisão, mas são implementados em sistemas de computadores clássicos.Quantum-inspired algorithms use quantum principles for increased speed and accuracy but implement on classical computer systems. Com esta abordagem, os programadores podem tirar partido das capacidades das novas técnicas quânticas hoje sem terem de esperar por hardware quântico, que ainda é uma indústria emergente.This approach allows developers to leverage the power of new quantum techniques today without waiting for quantum hardware, which is still an emerging industry.

A otimização é o processo de encontrar a melhor solução para um problema, tendo em conta o resultado pretendido e as limitações.Optimization is the process of finding the best solution to a problem, given its desired outcome and constraints. Fatores como custo, qualidade ou tempo de produção têm um papel importante nas decisões críticas que a indústria e a ciência tomam.Factors such as cost, quality, or production time all play into critical decisions made by industry and science. Os algoritmos de otimização inspirados na quântica, executados nos computadores clássicos dos nossos dias, conseguem encontrar soluções que eram impossíveis até hoje.Quantum-inspired optimization algorithms running on today's classical computers can find solutions that up to now have not been possible. Além da otimização do fluxo de tráfego para reduzir congestionamentos, há decisões quanto a atribuição de portas de embarque dos aeroportos, entrega de encomendas, agendamento de trabalhos, entre outras.In addition to optimizing traffic flow to reduce congestion, there is airplane gate assignment, package delivery, job scheduling and more. Com as inovações na ciência de materiais, existirão novas formas de energia, baterias com mais capacidade e materiais mais leves e resistentes.With breakthroughs in materials science, there will be new forms of energy, batteries with larger capacity, and lighter and more durable materials.

Nota

Leia mais sobre como é que a computação inspirada na quântica da Microsoft está a ser utilizada na ciência de materiais, na gestão de riscos e na medicina.Read more about how Microsoft quantum-inspired computing is being used in materials science, risk management, and medicine.

Machine learning quânticoQuantum machine learning

O machine learning nos computadores clássicos está a revolucionar o mundo das ciências e dos negócios.Machine learning on classical computers is revolutionizing the world of science and business. No entanto, o elevado custo computacional de preparar os modelos está a limitar o desenvolvimento e o âmbito desta área.However, the high computational cost of training the models hinders the development and scope of the field. A área do machine learning quântico explora de que forma se pode conceber e implementar software quântico que resulte na execução mais rápida do machine learning em computadores clássicos.The area of quantum machine learning explores how to devise and implement quantum software that enables machine learning that runs faster than classical computers.

O Quantum Development kit inclui a biblioteca de machine learning quântico que lhe permite executar experimentações de machine learning quânticas/clássicas híbridas.The Quantum Development Kit comes with the quantum machine learning library that gives you the ability to run hybrid quantum/classical machine learning experiments. A biblioteca inclui exemplos e tutoriais e disponibiliza as ferramentas necessárias para implementar um novo algoritmo quântico/clássico híbrido, o classificador quântico centrado em circuitos, para resolver problemas de classificação supervisionados.The library includes samples and tutorials, and provides the necessary tools to implement a new hybrid quantum–classical algorithm, the circuit-centric quantum classifier, to solve supervised classification problems.

Q# e Microsoft Quantum Development Kit (QDK)Q# and the Microsoft Quantum Development Kit (QDK)

O Q# é a linguagem de programação open-source da Microsoft para desenvolver e executar algoritmos quânticos.Q# is Microsoft's open-source programming language for developing and running quantum algorithms. Faz parte do QDK, um development kit completo para Q# que pode ser utilizado com ferramentas e linguagens padrão para o desenvolvimento de aplicações quânticas que pode executar em vários ambientes, incluindo no simulador quântico de estado completo incorporado.It is part of the QDK, a full-featured development kit for Q# that you can use with standard tools and languages to develop quantum applications that you can run in various environments, including the built-in full-state quantum simulator.

Inclui extensões para o Visual Studio e o VS Code e pacotes para utilização com Python e Jupyter Notebook.There are extensions for Visual Studio and VS Code, and packages for use with Python and Jupyter Notebook.

O QDK conta com uma biblioteca padrão e bibliotecas especializadas em química, machine learning e números.The QDK includes a standard library along with specialized chemistry, machine learning, and numerics libraries.

A documentação inclui um guia para a linguagem Q#, tutoriais e código de exemplo para que possa começar rapidamente, bem como artigos úteis para compreender melhor os conceitos da computação quântica.The documentation includes a Q# language guide, tutorials, and sample code to get you started quickly, and rich articles to help you dive deeper into quantum computing concepts.

Parceiros de hardware quântico da MicrosoftMicrosoft quantum hardware partners

A Microsoft está a estabelecer parcerias com empresas de hardware quântico para dar aos programadores acesso na cloud a este tipo de hardware.Microsoft is partnering with quantum hardware companies to provide developers with cloud access to quantum hardware. Tirando partido da plataforma Azure Quantum e da linguagem Q#, os programadores poderão explorar algoritmos quânticos e executar os seus próprios programas quânticos em diferentes tipos de hardware quântico.Leveraging the Azure Quantum platform and the Q# language, developers will be able to explore quantum algorithms and run their quantum programs on different types of quantum hardware.

Tanto a IonQ como a Honeywell utilizam processadores com base em barreira iónica, que recorrem a iões individuais presos num campo eletrónico, ao passo que a QCI utiliza circuitos supercondutores.IonQ and Honeywell both use trapped ion-based processors, utilizing individual ions trapped in an electronic field, whereas QCI uses superconducting circuits.

Passos seguintesNext steps

Conceitos-chave da computação quântica Inícios rápidosKey concepts for quantum computing Quickstarts