Onde a Computação encontra a Física Quântica

@hannelita

Oi!

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

@hannelita

O que você espera de uma palestra sobre computação quântica?

@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

@hannelita

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

@hannelita

Computação

Quântica

@hannelita

Computação

Quântica

@hannelita

Computação

Quântica

@hannelita

Física

Quântica

@hannelita

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

@hannelita

Para ondas de água agitadas contra uma parede com duas fendas

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

Interferência

@hannelita

Para elétrons lançados contra uma parede com duas fendas

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

Interferência!

@hannelita

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

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

@hannelita

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

@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

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

@hannelita

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?

@hannelita

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

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

@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

Entangled

Unidos

Possuem mesmo valor

Possuem valores opostos

se y inverte => x era 1

@hannelita

As soluções dependentes de x são entangled

@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

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

1|0

Basicamente invertemos o foco da informação que queremos analisar.

Conheço o output; quero informações do que formulou aquele resultado

Computador clássico

Computador quântico

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)