Computação Quântica: Como funciona essa Tecnologia

POR Pedro Coelho

Publicado: quinta-feira, 9 de outubro de 2025

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Imagine um computador capaz de resolver, em segundos, problemas que levariam bilhões de anos para os mais poderosos supercomputadores atuais. Parece ficção científica? Não por muito tempo. A computação quântica não é apenas uma promessa distante; é a fronteira mais radical da tecnologia moderna, e isso é uma revolução silenciosa que ameaça redesenhar tudo o que sabemos sobre segurança digital, inteligência artificial, pesquisa científica e muito mais.

Neste artigo, mergulharemos nas entranhas desse novo paradigma que desafia as leis da física clássica e coloca em xeque a supremacia da computação tradicional. Está preparado para encarar o “estranho”, o contraintuitivo e o extraordinariamente poderoso? A era quântica já começou.

Entendendo o que é a computação quântica

A computação quântica é uma área inovadora da ciência da computação e da engenharia que explora os princípios peculiares da mecânica quântica para enfrentar desafios que estão além do alcance até mesmo dos computadores clássicos mais avançados.

Esse campo interdisciplinar envolve aspectos como o desenvolvimento de hardware quântico e a criação de algoritmos específicos para esse tipo de tecnologia. Apesar de ainda estar em fase de evolução, espera-se que a computação quântica, em breve, consiga solucionar problemas altamente complexos que os supercomputadores tradicionais não conseguem resolver de forma eficiente.

Utilizando as leis da física quântica, computadores quânticos de grande porte teriam capacidade para encontrar soluções para certos tipos de problemas com uma velocidade muito superior à das máquinas convencionais. Tarefas que levariam milhares de anos para serem resolvidas por computadores clássicos poderiam ser concluídas por um computador quântico em apenas minutos ou horas.

A mecânica quântica, que estuda o comportamento da matéria em escalas extremamente pequenas, revela leis fundamentais da natureza surpreendentes. Os computadores quânticos se valem precisamente desses fenômenos para aplicar métodos matemáticos avançados de resolução de problemas, inacessíveis à computação tradicional.

Quatro princípios-chave da mecânica quântica

A conversa sobre computadores quânticos exige reconhecer que o universo opera de forma radicalmente distinta em sua menor escala do que experimentamos na vida cotidiana. O comportamento dos objetos quânticos é frequentemente estranho e contra intuitivo em comparação com a física que aprendemos no ensino médio.

Tentar descrever o funcionamento das partículas quânticas é um desafio único, pois a linguagem e os modelos que usamos para o mundo comum não são adequados para comunicar suas ações surpreendentes. No entanto, é a mecânica quântica que realmente explica como o universo funciona.

Os computadores quânticos se valem disso, trocando os bits binários tradicionais por partículas quânticas chamadas qubits. Essas partículas se comportam de maneira diferente dos bits clássicos, exibindo características singulares que só podem ser explicadas pela mecânica quântica.

Para compreender a computação quântica, é crucial primeiro entender quatro princípios essenciais da mecânica quântica:

Sobreposição

Um qubit isolado não possui grande utilidade por si só. No entanto, ele pode armazenar informação quântica em um estado de superposição, no qual representa simultaneamente todas as suas configurações possíveis. 

Quando vários qubits são colocados nesse tipo de estado, formam-se espaços computacionais complexos e multidimensionais, capazes de expressar problemas difíceis de maneiras inovadoras.

Ao ser realizada uma medição em um sistema quântico, essa superposição de possibilidades se desfaz, e o sistema assume um único estado definido, que pode ser registrado como 0 ou 1 em código binário.

Emaranhamento

O emaranhamento quântico é a propriedade que permite que qubits tenham seus estados correlacionados. Em sistemas emaranhados, os qubits tornam-se tão conectados que, ao medir um deles, é possível obter instantaneamente informações sobre os demais qubits envolvidos nessa correlação.

Interferência

A interferência é o mecanismo essencial que impulsiona a computação quântica. Quando vários qubits estão em um estado coletivo de superposição, as informações se comportam como ondas, cada uma com uma amplitude que representa a probabilidade de determinado resultado.

Essas ondas podem reforçar-se mutuamente quando seus picos coincidem, aumentando a probabilidade de um resultado específico, ou se anular quando picos e vales se sobrepõem. Esse processo de reforço e cancelamento das probabilidades é o que chamamos de interferência.

Decoerência

A decoerência ocorre quando um sistema deixa de apresentar comportamento quântico e passa a um estado clássico. Esse colapso pode acontecer de forma intencional, durante uma medição, ou acidentalmente, devido à interação com o ambiente. 

De modo geral, a computação quântica procura evitar ou reduzir ao máximo a decoerência, já que ela compromete a manutenção dos estados quânticos necessários para o processamento.

Funcionamento dos computadores quânticos

Os computadores quânticos funcionam baseados em princípios da mecânica quântica, utilizando qubits (bits quânticos) que podem estar em múltiplos estados simultaneamente graças à superposição. Diferente dos bits clássicos, que assumem o valor 0 ou 1, os qubits podem representar 0 e 1 ao mesmo tempo, o que permite que um computador quântico explore muitas possibilidades em paralelo.

Além da superposição, o entrelaçamento quântico é outro princípio fundamental que conecta estados de múltiplos qubits de forma que o estado de um depende instantaneamente do estado do outro, mesmo que estejam separados. Isso permite a realização de operações em grandes conjuntos de dados simultaneamente.

Outro princípio importante é a interferência quântica, que amplifica as probabilidades dos resultados corretos e cancela as dos resultados errados, aumentando a eficiência dos cálculos. O processador quântico manipula os qubits aplicando operações quânticas para executar algoritmos específicos.

Por fim, quando os qubits são medidos, a superposição colapsa para um estado clássico, e o resultado da computação é obtido. Este processo faz a computação quântica ser especialmente apta para resolver problemas complexos que os computadores clássicos não conseguem resolver eficientemente.

Componentes de computação quântica

Os componentes principais de um computador quântico são divididos em hardware e software, semelhantes a um computador tradicional, porém com características específicas da tecnologia quântica.

Componentes de Hardware

-Plano de dados quânticos: Essência do computador quântico, onde ficam os qubits (bits quânticos) e as estruturas necessárias para mantê-los estáveis. Os qubits podem ser implementados de várias formas físicas, como supercondutores, íons presos, fótons ou pontos quânticos.

-Plano de controle e medição: Responsável por converter sinais digitais em sinais analógicos ou de controle, como micro-ondas ou lasers, para manipular os qubits no plano de dados.

-Plano de processador de controle e processador host: Implementam o algoritmo quântico, fornecendo comandos digitais para o plano de controle e medição executar as operações quânticas.

Outros elementos físicos importantes incluem sistemas de criotemperatura (para manter qubits supercondutores em temperaturas muito baixas), leitores de qubits para medir seus estados, e circuitos de interconexão dos qubits.

Componentes de Software

O software quântico implementa os algoritmos por meio de circuitos quânticos, definindo sequências de operações quânticas lógicas que manipulam os qubits para resolver problemas específicos.

Esses componentes trabalham juntos para viabilizar a manipulação dos qubits e a execução eficiente dos algoritmos quânticos, formando a infraestrutura essencial da computação quântica.

Aplicações práticas para computação quântica

Na prática, espera-se que os computadores quânticos sejam especialmente valiosos em duas grandes áreas: a simulação de sistemas físicos e a detecção de padrões e estruturas em conjuntos de dados.

A mecânica quântica pode ser vista como o “sistema operacional” fundamental do universo. Assim, um computador que explora seus princípios para processar informações possui vantagens naturais na simulação de fenômenos físicos. Por isso, a computação quântica tem grande relevância em campos como a química e a ciência dos materiais.

Por exemplo, esses computadores podem acelerar a descoberta de moléculas com potencial uso em fármacos ou em aplicações de engenharia, tornando o processo mais rápido e eficiente.

Além disso, computadores quânticos podem manipular informações por meio de métodos matemáticos que não estão disponíveis aos computadores clássicos. Isso lhes permite organizar dados de maneira diferente e revelar padrões que algoritmos convencionais talvez não identificassem. Na prática, essa capacidade pode ser aplicada em diversas áreas, como na biologia, por exemplo, no estudo do dobramento de proteínas, ou nas finanças.

Atualmente, boa parte da pesquisa em computação quântica concentra-se tanto na criação de novos algoritmos e aplicações dentro dessas áreas promissoras quanto no próprio desenvolvimento da tecnologia necessária para fazê-los funcionar.

Vantagens e desvantagens da computação quântica em relação a computação clássica

A computação quântica oferece vantagens significativas em relação à computação clássica, principalmente na capacidade de processar informações de maneira muito mais rápida e eficiente em problemas complexos.

Ela utiliza princípios da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento, permitindo que múltiplos cálculos sejam realizados simultaneamente, o que reduz drasticamente o tempo de resolução em certos tipos de problemas.

Entre as principais vantagens estão a habilidade de resolver problemas que são praticamente insolúveis para computadores clássicos, como a fatoração de números grandes (importante para criptografia) e simulações químicas complexas.

Por outro lado, as desvantagens da computação quântica incluem o estado ainda experimental e limitado da tecnologia, alta dificuldade técnica para construção e manutenção dos computadores quânticos, e a especificidade dos problemas que ela pode resolver melhor, não substituindo completamente os computadores clássicos para todos os usos.

Além disso, a segurança da criptografia atual pode ser ameaçada pela capacidade dos computadores quânticos de quebrar códigos.

Vantagens da Computação Quântica

• Processamento exponencialmente mais rápido para determinados problemas complexos.
• Capacidade de realizar múltiplos cálculos em paralelo via superposição e emaranhamento dos qubits.
• Potencial para revolucionar áreas como criptografia, medicina, química e inteligência artificial.
• Pode imitar diretamente sistemas moleculares, o que é muito mais eficiente do que os métodos numéricos dos computadores clássicos.
• Pode economizar tempo e recursos significativos em cálculos de alto valor econômico, como no setor financeiro.

Desvantagens da Computação Quântica

• Tecnologia ainda em desenvolvimento, com limitações de hardware e estabilidade dos qubits.
• Restrita a tipos específicos de problemas; não é uma substituição total para computadores clássicos.
• Altos custos e complexidade técnica para construir, operar e manter os computadores quânticos.
• Ameaças potenciais à segurança de dados devido à capacidade de quebrar criptografia atual.
• Necessidade de algoritmos quânticos especializados, que ainda estão sendo desenvolvidos.

Esses pontos mostram que a computação quântica é complementar à computação clássica, focando em problemas onde ela tem vantagem clara, e não um substituto tradicional para todos os tipos de processamento.

Empresas que estão desenvolvendo computadores quânticos

As principais empresas que estão desenvolvendo computadores quânticos em 2025 incluem:

• IBM: Empresa com forte investimento em computação quântica e prevista para entregar seu primeiro computador quântico comercial este ano. Também lidera uma rede chamada Quantum Network que já inclui várias empresas, inclusive brasileiras.
• Google (Alphabet): Desenvolve software e hardware quântico, incluindo o Quantum AI para auxiliar cientistas.
• Microsoft: Foco em computação quântica, integrando tecnologias para resolver problemas complexos.
• Amazon: Entra fortemente na corrida, lançando chips quânticos e serviços com AWS.
• IonQ: Desenvolve computadores quânticos utilizando tecnologia de íons presos, com planos para lançar modelos mais avançados.
• D-Wave Systems: Uma das pioneiras no desenvolvimento de hardware quântico, focada em computadores quânticos adiabáticos.
• Intel: Investimentos significativos em hardware para computadores quânticos.
• Fujitsu e RIKEN: Colaboração para o desenvolvimento de computadores quânticos no Japão.

Referências

• http://ibm.com/think/topics/quantum-computing (acessado em 06/10/2025 as 09:07)
• https://aws.amazon.com/what-is/quantum-computing/ (acessado em 06/10/2025 as 09:15)
• https://qz.com/quantum-computing-glossary-terms-qubit-superposition-1851739518 (acessado em 06/10/2025 as 09:28)
• https://explodingtopics.com/blog/quantum-computing-startups (acessado em 08/10/2025 as 22:26)

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico com Pós Graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho e também sou Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, eu conclui recentemente o curso de Engenharia Civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)