Onde a Computação encontra a Física Quântica

@hannelita

Oi!

  • Engenharia da computação
  • Programação
  • Eletrônica
  • Matemática <3 <3
  • Física
  • Lego
  • Meetups
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  • Café
  • GIFs

@hannelita

 

O que você espera de uma palestra sobre computação quântica?

@hannelita

 

@hannelita

 

Agenda

  • Por que falar sobre temas que estão no limiar do conhecimento?
  • Como a computação e a física quântica se encontraram?
  • Tópicos básicos - conceitos fundamentais explicados de forma simplificada
  • Outros tópicos conectados menos óbvios
  • Referências

@hannelita

 

Aviso

Não sou pesquisadora. Sou apenas curiosa pelo tema.

Reduzir e simplificar muitas etapas em uma hora!

Não teremos conceitos muito avançados.

"If you think you understand quantum mechanics then you don't understand quantum mechanics."

FEYNMAN, R.

@hannelita

 

Nos tempos de graduação...

@hannelita

 

Física

Cálculo

Algoritmos

Geometria Analítica

Eletrônica

Estatística

Física

Cálculo

Algoritmos

Geometria Analítica

Eletrônica

Estatística

Limite

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Às vezes não é claro ver onde, como e quando as áreas se conectam

@hannelita

 

Computação

Quântica

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Computação

Quântica

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Computação

Quântica

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Física

Quântica

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O que vem à sua mente?

@hannelita

 

Possíveis pensamentos:

  • É onda ou partícula?
  • Fótons
  • Einstein
  • Incerteza de posição ou velocidade / Heisenberg
  • Tudo é estatística
  • É difícil, não dá pra entender
  • Recente
  • Contas difíceis
  • DP
  • Newton estava errado

@hannelita

  • O gato está vivo ou morto? (Gato de quem mesmo? Schro..... Alguma coisa)

@hannelita

Parece que temos diversas frases feitas

@hannelita

Não estão totalmente incorretas nem corretas.

@hannelita

Um TL;DR do experimento da dupla fenda

@hannelita

Para bolinhas de golfe atiradas contra uma parede com duas fendas

Imagem: https://www.youtube.com/watch?v=GXAYW4a3OZY

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Para ondas de água agitadas contra uma parede com duas fendas

Imagem: https://www.youtube.com/watch?v=GXAYW4a3OZY

Interferência

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Para elétrons lançados contra uma parede com duas fendas

Imagem: https://www.youtube.com/watch?v=GXAYW4a3OZY

Interferência!

@hannelita

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Esse experimento conecta

  • Função de onda
  • momentum
  • Interferência
  • Observador
  • Probabilidades

Se você observar a matéria, ela se comporta como as bolinhas de golfe

@hannelita

Se você não observar a matéria, ela se comporta como bem entender.

"Aquilo que não é proibido é compulsório"

GILMORE, R. (1995). Alice in Quantumland

@hannelita

Superposição

@hannelita

O "como funciona" é mais importante do que o "por que é assim?"

Ensinamentos de Richard Feynman.

@hannelita

A partir daí:

  • Traçar padrões de comportamento para o mundo subatômico
  • Discernir o mundo macroscópico do subatômico
  • Propor teorias para explicar o funcionamento de ambos 

@hannelita

@hannelita

E se...

@hannelita

... aplicarmos esses novos padrões na tecnologia?

@hannelita

Vamos construir uma tecnologia pequena o suficiente

@hannelita

... para perder o efeito que conhecemos do mundo macroscópico.

@hannelita

Computação

Quântica

@hannelita

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=JhHMJCUmq28

@hannelita

Sobre chips e portas lógicas

  • AND, OR, NAND, NOR, XOR, XNOR, NOT
  • Utilizamos 0s e 1s - bits
  • Dois estados bem definidos
  • Lógica Sentencial | Álgebra Booleana

1

1

1

@hannelita

Transistores com menos de 10nm já começam a dar problema para a física clássica

@hannelita

@hannelita

Créditos da ideia: @jokerpw

Se você não observar a matéria, ela se comporta como bem entender.

Os bits perdem seu comportamento definido

@hannelita

Hora de repensar no modelo e nas estruturas

@hannelita

Precisamos de uma representação de bit que possa ser 0 e 1 ao mesmo tempo

@hannelita

Um bit que represente a superposição de estados

@hannelita

1

0

QUBIT

@hannelita

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=JhHMJCUmq28

@hannelita

QUBITS

|0>

Não é um emoji!

|1>

@hannelita

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=JhHMJCUmq28

Assumem valor definido quando observados

Conseguimos carregar as informações de 0 e 1 ao mesmo tempo

@hannelita

Avanços na computação paralela

@hannelita

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=JhHMJCUmq28

Truques: Deduzindo o valor de um QUBIT sem observa-lo diretamente

@hannelita

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=JhHMJCUmq28

Entanglement

Observa um elemento e consegue deduzir outro devido a propriedades de grupo

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Legal.

Agenda

  • Por que falar sobre temas que estão no limiar do conhecimento?
  • Como a computação e a física quântica se encontraram?
  • Tópicos básicos - conceitos fundamentais explicados de forma simplificada
  • Outros tópicos conectados menos óbvios
  • Referências

Perguntas

  • QUBITS - Explique melhor! 
  • Exemplo de algoritmo?
  • É um substituo para um computador clássico?
  • É sempre mais eficaz?
  • Como construir um computador quântico?
  • Onde aplicar?

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Perguntas

  • QUBITS - Explique melhor! 
  • Exemplo de algoritmo?
  • É um substituo para um computador clássico?
  • É sempre mais eficaz?
  • Como construir um computador quântico?
  • Onde aplicar?

@hannelita

Ilustrando os estados dos QUBITS com números

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=g_IaVepNDT4

Posso ter qualquer estado, lembra?

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

@hannelita

Imagine uma porta lógica de QUBITS

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

Imagine uma porta lógica de QUBITS

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

Imagine uma porta lógica de QUBITS

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

x nunca é afetado

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

@hannelita

1. y pode se comportar como x

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

@hannelita

2. y pode inverter

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

@hannelita

Nesses dois primeiros casos y não depende de x. E se dependesse?

@hannelita

Legenda rápida

1 == setinha verde pra baixo

0 == setinha vermelha pra cima

@hannelita

3. y inverte saída se x é 1 (setinha verde p/ baixo)

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

@hannelita

3. y inverte saída se x é 1. Se não for, não muda nada

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

@hannelita

4. y inverte saída se x é 0 (setinha vermelha pra cima). Se não for, não muda nada

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

@hannelita

4. y inverte saída se x é 0. Se não for, não muda nada

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

@hannelita

Em 3 e 4 y depende de x

@hannelita

Resumo

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

@hannelita

Dada uma saída, podemos dizer se y é do tipo dependente ou não de x?

@hannelita

Resumo

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

Precisaríamos de duas operações para descobrir, uma para 0s e outra para 1s.

@hannelita

@hannelita

Colocar x em superposição

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

Medimos com uma Hadamard gate

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

@hannelita

Podemos testar os dois casos ao mesmo tempo! 

@hannelita

Resumo

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

0|1

0

0|1

0

0|1

0

0|1

0

0

0

0|1

0|1

0

1

0|1

0|1

Entangled

Unidos

Possuem mesmo valor

Possuem valores opostos

se y inverte => x era 1

@hannelita

As soluções dependentes de x são entangled

@hannelita

@hannelita

Como determinar se as saídas estão entangled?

@hannelita

Solução: x e y em superposição

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

Legenda

Setinha pra direita == 0 | 1

Setinha pra esquerda == 1 | 0

Resumo

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

0|1

1|0

0|1

1|0

0|1

1|0

0|1

1|0

0|1

0|1

1|0

1|0

1|0

1|0

1|0

1|0

"MASOQ????"

Basicamente observamos a mudança em x para determinar se y depende ou não de x.

Algoritmo de Deutsch

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZoT82NDpcvQ

0|1

1|0

0|1

1|0

0|1

1|0

0|1

1|0

0|1

0|1

1|0

1|0

1|0

1|0

1|0

1|0

Basicamente invertemos o foco da informação que queremos analisar.

Conheço o output; quero informações do que formulou aquele resultado

Computador clássico

C

A

C

D

Computador quântico

A

B

D

B

Nem sempre é a melhor ferramenta. Depende do que você quer analisar

Perguntas

  • QUBITS - Explique melhor! 
  • Exemplo de algoritmo?
  • É um substituo para um computador clássico?
  • É sempre mais eficaz?
  • Como construir um computador quântico?
  • Onde aplicar?

Exemplo: fatoração de números primos muito extensos na criptografia

Você conhece o número primo da saída e quer informações do que resultou naquele número

Computadores quânticos são eficazes para quebrar MD5!

Algoritmo de Shor

Calma!

  • QUBITS - Explique melhor! 
  • Exemplo de algoritmo?
  • É um substituo para um computador clássico?
  • É sempre mais eficaz?
  • Como construir um computador quântico?
  • Onde aplicar?

Como construir um computador quântico?

Ainda não é fabricado em escala comercial. Experimental.

Como construir um computador quântico? Técnicas:

1. Aprisionar átomos, manipulá-los com laser e obter portas lógicas quânticas.

2. Supercondutores

https://www.youtube.com/watch?v=1PcseLsYZ9Y

Legal! Quero estudar isso!

Muita matemática!

  • Teoria dos conjuntos
  • Continuidade
  • Estatística
  • Geometria Analítica
  • Cálculo tensorial

Muita Física!

  • Ondulatória
  • Mecânica clássica
  • Física quântica
  • Interações nucleares

Muita Teoria da Computação!

  • Máquinas de Turing
  • Análise de algoritmos
  • P, NP e outros grupos
  • Condições de contorno
  • Aleatoriedade e não uniformidade
  • Complexidade Computacional

Física

Cálculo

Algoritmos

Geometria Analítica

Eletrônica

Estatística

Limite

Sejamos criativos|as :)

Agenda

  • Por que falar sobre temas que estão no limiar do conhecimento?
  • Como a computação e a física quântica se encontraram?
  • Tópicos básicos - conceitos fundamentais explicados de forma simplificada
  • Outros tópicos conectados menos óbvios
  • Referências

Referências - Livros

  • AARSON, S. (2013) - "Quantum Computing since Democritus"
  • MERMIN, N. (2007) - "Quantum Computer Science: An Introduction"
  • OLIVEIRA, I. (2009) - "A revolução dos Q-Bits"
  • Referência com mais referências: https://www.quora.com/Is-there-any-book-that-is-a-good-entry-point-to-the-field-of-Quantum-Computing e https://www.quora.com/What-are-some-good-books-for-learning-quantum-computation e https://www.goodreads.com/shelf/show/quantum-computing

Agradecimentos

  • Prof. Maurílio e prof. Justino, por me incentivarem a continuar curiosa.
  • H. S. e K. Weyl, matemáticos sempre dispostos a ajudar.
  • B.C., pelo incentivo e feedback constantes.
  • Gato de Heisenberg da Zoeira, no Facebook: https://www.facebook.com/gatodeheisenberg/
  • @lafp, @romulostorel and @pedrofelipee (GIFs)

Obrigada! :)

Perguntas?

 

hannelita@gmail.com

@hannelita

VR Dev Summit- Onde a Computação encontra a Física Quântica

By Hanneli Tavante (hannelita)

VR Dev Summit- Onde a Computação encontra a Física Quântica

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