BooxmannDos qubits aos computadores do futuro: entenda os fundamentos, as aplicações e os desafios de uma tecnologia que pode transformar a computação e as redes de comunicação.
Nivel: Nerd
Resumo
Você sabe como a física quântica pode influenciar nas novas tecnologias do futuro? A computação quântica é uma área da Ciência da Computação que utiliza princípios da mecânica quântica para processar informações de maneira diferente dos computadores convencionais. Em vez de trabalhar exclusivamente com bits representados por 0 ou 1, esses sistemas utilizam qubits, cujos estados podem apresentar superposição e emaranhamento quântico. Essas propriedades, combinadas com a interferência quântica, permitem desenvolver algoritmos com vantagens potenciais para determinados problemas matemáticos, físicos e computacionais. Entretanto, ruído, decoerência e dificuldades de correção de erros ainda limitam o desenvolvimento de computadores quânticos de grande escala. Este artigo apresenta os principais fundamentos da computação quântica, suas arquiteturas de hardware, aplicações em criptografia, simulação de materiais e otimização, além de explorar sua relação com o desenvolvimento da internet quântica. O objetivo é compreender tanto as possibilidades da tecnologia quanto os desafios necessários para transformar resultados experimentais em aplicações práticas.
Palavras-chave: computação quântica; qubits; algoritmos quânticos; correção de erros; criptografia pós-quântica; redes quânticas; internet quântica.
1. Por que precisamos de uma forma diferente de computação?
Imagine um problema computacional envolvendo a simulação de uma molécula complexa, a análise de interações entre partículas ou a busca por propriedades de um material que ainda não existe.
Um computador convencional pode executar modelos matemáticos e simulações desses sistemas. Entretanto, quando precisamos representar e calcular com precisão o comportamento de muitos componentes quânticos interagindo entre si, o custo computacional pode crescer drasticamente. Tanto que, dentro da teoria da computação, nós possuimos algo chamado Big O notation que é para mensurar o tempo de execução de um algoritmo, assim temos algoritmos com O(1), onde “se encontra a resposta” no primeiro instante, ou até mesmo On, que aumenta exponencialmente o tempo de execução.
E onde computação quântica entra nesse contexto? Enquanto os computadores tradicionais processam informações por meio de estados físicos que representam bits clássicos, os computadores quânticos utilizam sistemas físicos controlados para manipular informação quântica.
A diferença não está simplesmente em executar operações mais rapidamente. A computação quântica permite explorar propriedades físicas que podem ser aproveitadas por algoritmos específicos para realizar determinados cálculos de maneiras diferentes das abordagens clássicas.
Isso não significa que computadores quânticos sejam melhores para todas as tarefas. Navegar na internet, editar documentos, executar sistemas operacionais e administrar bancos de dados continuam sendo atividades adequadas à computação convencional.
O interesse pela tecnologia está em identificar problemas nos quais os métodos quânticos possam oferecer vantagens concretas.
Para compreender esse potencial, precisamos começar pela unidade fundamental da informação quântica: o qubit.
2. Perguntas e respostas
2.1. O que é um qubit e qual é a diferença em relação a um bit?
Nos computadores convencionais, a menor unidade de informação é o bit, que assume um dos dois valores possíveis: 0 ou 1.
Em um sistema quântico, utilizamos o quantum bit, ou qubit.
Um qubit também possui dois estados de referência, representados por |0⟩ e |1⟩. Entretanto, seu estado quântico pode ser descrito por uma combinação linear desses estados:
Nessa expressão:
- () representa o estado do qubit;
- () e () são amplitudes de probabilidade complexas;
- () representa a probabilidade de medir o resultado 0;
- () representa a probabilidade de medir o resultado 1.
As probabilidades precisam satisfazer a condição:
Essa representação permite descrever um fenômeno fundamental: a superposição quântica.
A superposição não significa que um qubit simplesmente armazena um 0 e um 1 clássicos simultaneamente. Ela descreve um estado quântico cujas amplitudes determinam as probabilidades dos resultados de uma medição.
Uma maneira de visualizar esse conceito é por meio da esfera de Bloch, uma representação geométrica dos estados puros de um único qubit.
Nessa representação, os estados |0⟩ e |1⟩ correspondem aos polos da esfera. Outros pontos representam estados quânticos que podem apresentar diferentes amplitudes e fases relativas.
Para quem estuda computação, essa descrição estabelece uma conexão interessante entre álgebra linear, números complexos, probabilidade e processamento de informação.
O qubit não é apenas uma nova forma de representar dados. Ele exige que repensemos como a informação é manipulada, transformada e medida.
2.2. Superposição, emaranhamento e interferência: os três conceitos fundamentais
A superposição é apenas uma parte da história. Para compreender como os computadores quânticos funcionam, precisamos considerar também o emaranhamento e a interferência.
Superposição: representar estados quânticos
Considere um qubit preparado no estado:
Quando medido na base computacional, ele apresenta 50% de probabilidade de produzir 0 e 50% de produzir 1.
Entretanto, o estado |+⟩ não deve ser interpretado apenas como uma escolha aleatória entre dois valores clássicos. Ele possui uma estrutura de amplitudes e fase que pode ser manipulada por operações quânticas.
Essa distinção é essencial porque as fases podem influenciar os resultados de operações realizadas posteriormente.
Emaranhamento: quando os qubits deixam de ser independentes
O emaranhamento quântico ocorre quando o estado de um sistema composto não pode ser descrito como o produto dos estados individuais de seus componentes.
Um exemplo importante é o estado de Bell:
Nesse estado, a medição dos dois qubits na base computacional produz resultados correlacionados: quando os resultados são comparados, ambos serão 0 ou ambos serão 1.
O emaranhamento não permite transmitir informações instantaneamente entre os qubits. Ele estabelece correlações quânticas que podem ser utilizadas em protocolos de computação e comunicação.
É justamente essa propriedade que ajuda a conectar a computação quântica à pesquisa em internet quântica.
Interferência: como os algoritmos quânticos favorecem determinados resultados
Na computação quântica, as operações modificam as amplitudes e as fases dos estados.
Quando diferentes caminhos de evolução quântica contribuem para um mesmo resultado, suas amplitudes podem se combinar de maneira construtiva ou destrutiva.
A interferência construtiva aumenta a amplitude associada a determinados resultados, enquanto a interferência destrutiva pode reduzi-la.
Algoritmos quânticos são projetados para explorar esse comportamento. Em vez de apenas gerar uma superposição com muitas possibilidades, eles organizam operações para aumentar a probabilidade de observar respostas úteis.
A vantagem quântica não vem simplesmente de representar muitos estados, mas de manipular as amplitudes desses estados de maneira que favoreça a solução de um problema específico. [1, 2]
2.3. Como um computador quântico executa um algoritmo?
Um computador quântico baseado em circuitos utiliza operações conhecidas como portas quânticas.
Essas portas transformam os estados dos qubits e são representadas matematicamente por operadores unitários.
Algumas portas fundamentais incluem:
Porta Hadamard (H): transforma um estado da base computacional em uma superposição específica. Por exemplo, converte |0⟩ em |+⟩.
Portas de Pauli (X, Y e Z): realizam transformações elementares nos estados quânticos. A porta X, por exemplo, troca os estados da base computacional |0⟩ e |1⟩.
Porta CNOT: utiliza um qubit de controle para determinar uma transformação sobre outro qubit. Quando combinada com uma porta Hadamard, pode ser utilizada para preparar estados emaranhados.
Um circuito quântico organiza essas operações em uma sequência de etapas.
Ao final, o sistema é medido, produzindo resultados clássicos que podem ser registrados e analisados.
Como as medições são probabilísticas, muitos algoritmos precisam executar o circuito repetidamente para estimar as probabilidades dos resultados.
Esse processo também explica por que a computação quântica não consiste em simplesmente consultar todas as respostas de uma só vez. Uma medição não fornece diretamente todas as amplitudes presentes no estado quântico.
O desafio algorítmico é construir operações que façam as propriedades quânticas contribuírem para a obtenção do resultado desejado.
2.4. Como os computadores quânticos são construídos?
Diferentemente de um processador convencional, um processador quântico precisa controlar sistemas físicos que são especialmente sensíveis às perturbações do ambiente.
Existem diferentes tecnologias utilizadas para implementar qubits. Cada uma apresenta vantagens e limitações.
A) Qubits supercondutores
Essa arquitetura utiliza circuitos elétricos supercondutores, geralmente operados em temperaturas extremamente baixas.
Os qubits são controlados por sinais de micro-ondas, e as operações lógicas podem ocorrer em escalas de tempo muito curtas.
A velocidade de operação e a compatibilidade com técnicas de fabricação de circuitos microeletrônicos são características interessantes dessa abordagem.
Por outro lado, os sistemas exigem infraestrutura criogênica e enfrentam desafios relacionados ao ruído, à coerência quântica e à conectividade física dos qubits.
B) Íons aprisionados
Nessa abordagem, átomos eletricamente carregados são mantidos em armadilhas eletromagnéticas e controlados por lasers.
Os estados internos dos íons podem apresentar tempos de coerência longos, e determinadas arquiteturas permitem interações entre diferentes pares de qubits com alta precisão.
A principal dificuldade está em escalar o sistema e manter operações eficientes à medida que o número de qubits aumenta.
C) Átomos neutros
Os átomos neutros podem ser posicionados em arranjos utilizando feixes de laser altamente focalizados, conhecidos como pinças ópticas.
Interações controladas entre átomos permitem implementar operações quânticas.
Uma vantagem importante é a possibilidade de reorganizar os arranjos físicos, oferecendo flexibilidade para construir arquiteturas de maior escala.
Os desafios incluem o controle preciso das interações e a manutenção dos estados físicos durante as operações.
D) Fotônica quântica
A fotônica utiliza fótons para transportar e manipular informação quântica.
Essa abordagem é particularmente interessante para redes de comunicação porque a informação pode ser codificada em propriedades de partículas de luz e transmitida por meios ópticos.
Entretanto, perdas de fótons, eficiência de detectores e implementação de determinadas operações quânticas continuam sendo desafios importantes.
E) Qubits de spin em semicondutores
Outra linha de investigação utiliza propriedades de spin de elétrons ou núcleos em estruturas semicondutoras.
Essas soluções procuram aproveitar a infraestrutura da indústria de microeletrônica para desenvolver dispositivos quânticos compactos.
Entretanto, transformar essa compatibilidade em processadores grandes, confiáveis e controláveis continua sendo um problema de engenharia.
Não existe uma única arquitetura que resolva todos os desafios. A pesquisa busca combinar controle, fidelidade, escalabilidade e capacidade de corrigir erros em sistemas cada vez maiores.
2.5. Por que a computação quântica ainda apresenta tantas limitações?
Um dos principais problemas está na fragilidade dos estados quânticos.
A interação com o ambiente pode provocar decoerência, alterando as propriedades que o sistema precisa preservar para executar os cálculos.
Além disso, operações físicas e medições apresentam taxas de erro que podem comprometer os resultados quando um algoritmo exige um circuito muito profundo.
Durante a pesquisa sobre computadores quânticos, é comum encontrar duas expressões importantes.
NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum): caracteriza a era dos dispositivos quânticos ruidosos de escala intermediária, nos quais a quantidade e a qualidade dos qubits ainda limitam a execução de algoritmos maiores.
FTQC (Fault-Tolerant Quantum Computing): refere-se à computação quântica tolerante a falhas, que procura executar algoritmos complexos mediante mecanismos de proteção e correção de erros.
A correção de erros quânticos é especialmente importante porque não podemos simplesmente copiar um estado quântico desconhecido várias vezes e utilizá-lo como redundância convencional. Isso contrariaria o teorema da não clonagem.
Em vez disso, a informação de um qubit lógico é distribuída entre vários qubits físicos, utilizando códigos quânticos e medições auxiliares para identificar erros sem medir diretamente toda a informação lógica.
Um avanço importante foi publicado pela Google Quantum AI na revista Nature, em 2025. O trabalho demonstrou correção de erros com códigos de superfície abaixo do limiar de erro, mostrando que aumentar a distância do código poderia reduzir a taxa de erro lógico no sistema estudado [3].
Esse resultado é relevante porque demonstra experimentalmente um mecanismo essencial para construir computadores quânticos mais confiáveis.
Entretanto, demonstrar correção de erros em uma memória quântica não equivale a possuir um computador quântico universal, de grande escala e tolerante a falhas, pronto para resolver qualquer problema prático.
A transição exige avanços adicionais no hardware, nos algoritmos de correção, nos sistemas de controle e na integração entre processamento quântico e clássico.
2.6. Quais problemas podem se beneficiar da computação quântica?
O potencial da computação quântica aparece em diferentes áreas. Contudo, é importante distinguir problemas para os quais existem algoritmos com vantagens teóricas conhecidas daqueles em que o benefício prático ainda está sendo investigado.
A) Criptografia e segurança da informação
A relação entre computação quântica e segurança digital é uma das aplicações mais conhecidas da área.
O algoritmo de Shor demonstrou que computadores quânticos suficientemente grandes e tolerantes a falhas poderiam fatorar inteiros e calcular logaritmos discretos com eficiência muito superior à dos melhores métodos clássicos conhecidos para esses problemas [4].
Isso representa uma ameaça potencial a sistemas criptográficos de chave pública baseados em problemas matemáticos como os utilizados pelo RSA e por determinadas variantes de criptografia de curva elíptica.
O algoritmo de Grover, por sua vez, oferece uma aceleração quadrática para a busca não estruturada. Isso pode reduzir a segurança efetiva de determinados mecanismos simétricos se forem utilizados os parâmetros e modelos de ataque apropriados [5].
Esses resultados não significam que os computadores quânticos atuais já consigam quebrar de maneira geral a criptografia utilizada na internet. A execução prática de ataques dessa escala depende de computadores com capacidade e correção de erros muito superiores às demonstradas para essa finalidade.
Mesmo assim, a preparação precisa acontecer com antecedência.
Em agosto de 2024, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos (NIST) publicou três padrões de criptografia pós-quântica:
- FIPS 203 (ML-KEM): mecanismo para estabelecimento de chaves.
- FIPS 204 (ML-DSA): padrão para assinaturas digitais.
- FIPS 205 (SLH-DSA): outro padrão para assinaturas digitais, baseado em funções hash. [6]
A criptografia pós-quântica utiliza algoritmos clássicos projetados para resistir a ataques de computadores quânticos conhecidos. Ela não deve ser confundida com a distribuição quântica de chaves, que utiliza propriedades físicas de sistemas quânticos para estabelecer chaves criptográficas.
Para profissionais de computação e redes, essa diferença é importante: a preparação para um futuro com computadores quânticos envolve atualizações de protocolos, bibliotecas criptográficas, certificados, sistemas de identidade e infraestrutura de segurança.
B) Simulação de moléculas e materiais
Sistemas físicos são naturalmente descritos pelas leis da mecânica quântica. Por isso, simular com precisão as interações entre elétrons e núcleos pode ser computacionalmente difícil à medida que a complexidade do sistema aumenta.
Computadores quânticos podem representar e manipular estados quânticos diretamente, abrindo possibilidades para simular estruturas moleculares e propriedades de materiais.
Entre as linhas de pesquisa estão o desenvolvimento de catalisadores, a investigação de reações químicas e o estudo de materiais para baterias.
Algoritmos como o Variational Quantum Eigensolver (VQE) exploram uma combinação de processamento quântico e otimização clássica para estimar energias de sistemas físicos.
Entretanto, a utilidade desses métodos depende do problema estudado, da qualidade do hardware e dos recursos necessários para alcançar a precisão exigida.
C) Problemas de otimização
Problemas de otimização aparecem em redes logísticas, planejamento industrial, distribuição de recursos e outros contextos.
Uma das propostas é traduzir um problema de otimização em uma formulação matemática que possa ser processada por algoritmos quânticos.
O Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA), por exemplo, utiliza circuitos parametrizados e busca otimizar uma função de custo.
Em outra abordagem, o recozimento quântico (quantum annealing) utiliza a evolução controlada de um sistema quântico para investigar soluções de problemas formulados em termos de energia.
Essas abordagens são interessantes, mas não existe uma garantia geral de que algoritmos quânticos encontrarão melhores soluções para todos os problemas de otimização.
A comparação precisa considerar a qualidade da solução, o tempo total de execução, o custo de preparação dos dados e o desempenho dos melhores métodos clássicos.
D) Aprendizado de máquina quântico
O aprendizado de máquina quântico, conhecido como Quantum Machine Learning (QML), investiga a utilização de circuitos e estados quânticos em tarefas de aprendizado.
As propostas incluem métodos baseados em kernels quânticos, circuitos parametrizados e modelos híbridos, nos quais um processador quântico participa de uma tarefa coordenada por algoritmos clássicos.
Um dos desafios é demonstrar uma vantagem prática consistente sobre métodos clássicos competitivos.
O número de qubits, o ruído, a preparação dos dados, o custo das medições e as dificuldades de treinamento podem limitar esses modelos.
Portanto, QML é uma área ativa de pesquisa, mas não deve ser interpretada como uma substituição já estabelecida para redes neurais convencionais ou outras técnicas de inteligência artificial.
2.7. Qual é a relação entre computação quântica e internet quântica?
Até aqui, falamos principalmente de como utilizar sistemas quânticos para executar cálculos. Entretanto, existe outra pergunta interessante:
Como conectar dispositivos quânticos para transmitir informação quântica entre diferentes pontos de uma rede?
Essa é uma das questões centrais da internet quântica.
A internet convencional conecta dispositivos por meio de protocolos e equipamentos que permitem a transmissão de informação clássica. A internet quântica procura ampliar essa infraestrutura para permitir a distribuição e o processamento de informação quântica entre nós conectados.
Isso não significa que ela substituirá a internet atual ou que será necessário utilizar um computador quântico para acessar um site.
A ideia é criar uma infraestrutura complementar para protocolos e aplicações que dependam de propriedades quânticas [7, 8].
Como funciona uma rede quântica?
Uma rede quântica pode envolver diferentes componentes:
Nós quânticos: dispositivos capazes de armazenar, preparar, manipular ou processar estados quânticos.
Canais quânticos: meios pelos quais a informação quântica é transmitida, por exemplo, através de fibras ópticas ou enlaces ópticos em espaço livre.
Memórias quânticas: sistemas utilizados para armazenar estados quânticos durante determinado intervalo de tempo.
Repetidores quânticos: componentes investigados para superar limitações de transmissão em longas distâncias, combinando recursos como memórias, operações de emaranhamento e protocolos de correção ou purificação.
A transmissão de informação quântica enfrenta desafios físicos importantes. Estados quânticos são sensíveis a perdas e perturbações, e a amplificação convencional de sinais não pode ser aplicada indiscriminadamente a estados quânticos desconhecidos.
Por isso, o desenvolvimento de repetidores quânticos é considerado uma etapa importante para construir redes quânticas de maior alcance [7].
O que é distribuição de emaranhamento?
Uma das funções importantes de uma rede quântica é distribuir estados emaranhados entre nós diferentes.
Considere dois laboratórios que precisam compartilhar um recurso quântico. Uma rede pode procurar estabelecer um estado emaranhado entre os dispositivos presentes nesses laboratórios.
Esse recurso pode servir de base para protocolos quânticos de comunicação, computação distribuída e outras aplicações.
É importante ressaltar que o emaranhamento, sozinho, não permite transmitir mensagens instantaneamente. A utilização de determinados protocolos exige operações locais e, frequentemente, comunicação clássica adicional.
E o que é teletransporte quântico?
O teletransporte quântico é um protocolo que permite transferir um estado quântico desconhecido utilizando emaranhamento previamente compartilhado e comunicação clássica.
Apesar do nome, ele não transporta pessoas ou objetos físicos e não permite enviar informação mais rapidamente que a luz.
Sua importância está em possibilitar a transferência de estados quânticos entre sistemas distantes sem exigir que o estado original seja simplesmente copiado.
Esse princípio pode contribuir para arquiteturas de redes quânticas e protocolos de comunicação entre processadores quânticos.
Quais aplicações a internet quântica pode oferecer?
Entre os cenários investigados estão:
- Comunicação quântica segura: protocolos que utilizam propriedades quânticas para estabelecer chaves criptográficas ou proteger determinadas operações de comunicação.
- Computação quântica distribuída: integração de nós quânticos para executar operações que envolvem mais de um processador.
- Computação quântica cega: protocolos nos quais um cliente pode realizar determinadas tarefas quânticas com um servidor sem revelar a este todos os detalhes de sua computação.
- Sensoriamento e metrologia quântica distribuídos: utilização coordenada de recursos quânticos para determinadas tarefas de medição.
Esses cenários são discutidos em documentos técnicos dedicados às aplicações e aos requisitos da internet quântica [8, 9].
Entretanto, eles não possuem todos o mesmo grau de maturidade. Existem demonstrações experimentais relevantes de redes quânticas, mas construir uma internet quântica de grande escala ainda exige resolver desafios de transmissão, armazenamento, repetição, controle e interoperabilidade.
É justamente essa combinação entre física, redes de computadores e engenharia de sistemas que torna o assunto tão interessante.
3. Agora, a computação quântica substituirá os computadores convencionais?
A computação quântica representa uma mudança importante na maneira como podemos processar informações, mas seu potencial precisa ser compreendido sem exageros.
Os computadores quânticos não são versões simplesmente mais rápidas de processadores convencionais. Eles utilizam operações físicas distintas e dependem de algoritmos que aproveitam propriedades quânticas para resolver determinados tipos de problema.
Na prática, sistemas clássicos continuarão sendo fundamentais para controlar os processadores quânticos, preparar dados, executar rotinas de otimização, processar resultados e administrar a infraestrutura computacional.
Isso torna especialmente interessante o desenvolvimento de arquiteturas híbridas, que combinam recursos clássicos e quânticos.
A relação com as redes de computadores também merece atenção. À medida que sistemas quânticos se tornam mais complexos, cresce a necessidade de coordenar dispositivos, transferir informação, controlar operações e desenvolver mecanismos para distribuir recursos quânticos.
A internet quântica amplia essa perspectiva ao investigar como conectar nós capazes de manipular informação quântica. Ela não deve ser entendida como uma versão futurista da internet que utilizamos diariamente, mas como uma infraestrutura especializada para novas formas de comunicação e processamento.
Outro aspecto essencial é a segurança da informação. Mesmo que computadores quânticos capazes de executar grandes algoritmos criptanalíticos ainda representem um objetivo tecnológico, a preparação para essa possibilidade já influencia o desenvolvimento e a adoção de padrões criptográficos.
Para profissionais de computação, portanto, estudar computação quântica não significa abandonar a programação convencional ou aprender física sem uma aplicação clara. Significa compreender uma nova classe de modelos de computação e identificar onde seus recursos podem ser úteis.
O verdadeiro desafio não é apenas construir máquinas com mais qubits, mas demonstrar que elas conseguem realizar cálculos relevantes, de maneira confiável, competitiva e reproduzível.
4. Outras informações
Glossário rápido
Qubit: unidade de informação quântica utilizada para representar e manipular estados quânticos.
Superposição: estado quântico descrito por uma combinação de estados de referência, com amplitudes e fases próprias.
Emaranhamento: propriedade de um sistema quântico composto cujo estado não pode ser descrito como o produto dos estados individuais de seus componentes.
Decoerência: perda de propriedades de coerência quântica devido à interação com o ambiente.
QPU (Quantum Processing Unit): unidade de processamento quântico.
NISQ: era de dispositivos quânticos ruidosos de escala intermediária.
QEC (Quantum Error Correction): técnicas destinadas a detectar e corrigir erros em informação quântica codificada.
Criptografia pós-quântica: algoritmos criptográficos clássicos projetados para resistir a ataques de computadores quânticos conhecidos.
Internet quântica: infraestrutura de comunicação que busca conectar nós capazes de distribuir ou manipular informação quântica.
Por onde começar a estudar?
Para quem vem da Ciência da Computação, uma boa sequência de aprendizagem é começar pelos conceitos matemáticos e avançar gradualmente para os algoritmos e as redes.
1. Matemática: álgebra linear, vetores, matrizes, números complexos, probabilidades e operações unitárias.
2. Fundamentos quânticos: qubits, superposição, medição, emaranhamento e interferência.
3. Programação de circuitos: portas quânticas, circuitos, algoritmos e execução de experimentos em simuladores.
4. Algoritmos: estudar Shor, Grover, VQE e QAOA ajuda a entender como os princípios físicos são transformados em procedimentos computacionais.
5. Redes quânticas: explorar distribuição de emaranhamento, teletransporte quântico, memórias quânticas, repetidores e protocolos de comunicação.
A plataforma IBM Quantum Learning disponibiliza materiais didáticos sobre informação quântica, circuitos, algoritmos e correção de erros, oferecendo um ponto de partida para estudantes de computação, matemática e engenharia [1].
O mais importante é manter uma perspectiva crítica: compreender os fundamentos, acompanhar os resultados experimentais e distinguir uma possibilidade matemática de uma aplicação já demonstrada na prática.
5. Referências
[1] IBM QUANTUM LEARNING. Basics of Quantum Information. Material didático sobre os fundamentos matemáticos da informação quântica, circuitos e emaranhamento. Disponível na plataforma IBM Quantum Learning. Acesso em: 23 out. 2026.
[2] PRESKILL, J. Quantum Computing in the NISQ era and beyond. Quantum, v. 2, art. 79, 2018. DOI: 10.22331/q-2018-08-06-79.
[3] GOOGLE QUANTUM AI; COLLABORATORS. Quantum error correction below the surface code threshold. Nature, v. 638, p. 920–926, 2025. DOI: 10.1038/s41586-024-08449-y.
[4] SHOR, P. W. Algorithms for quantum computation: discrete logarithms and factoring. In: Proceedings of the 35th Annual Symposium on Foundations of Computer Science. IEEE, 1994, p. 124–134. DOI: 10.1109/SFCS.1994.365700.
[5] GROVER, L. K. A fast quantum mechanical algorithm for database search. In: Proceedings of the 28th Annual ACM Symposium on Theory of Computing. ACM, 1996, p. 212–219. DOI: 10.1145/237814.237866.
[6] NATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND TECHNOLOGY (NIST). NIST Releases First 3 Finalized Post-Quantum Encryption Standards. 13 ago. 2024. Documentação relacionada aos padrões FIPS 203, FIPS 204 e FIPS 205.
[7] AZUMA, K. et al. Quantum repeaters: From quantum networks to the quantum internet. Reviews of Modern Physics, v. 95, art. 045006, 2023. DOI: 10.1103/RevModPhys.95.045006.
[8] WANG, C. et al. Application Scenarios for the Quantum Internet. RFC 9583. Internet Research Task Force, jun. 2024.
[9] KUMAR, V. et al. Quantum Internet: Technologies, Protocols, and Research Challenges. International Journal of Networked and Distributed Computing, v. 13, art. 22, 2025. DOI: 10.1007/s44227-025-00060-5.
[10] PAGE, M. J. et al. The PRISMA 2020 Statement: An Updated Guideline for Reporting Systematic Reviews. BMJ, v. 372, art. n71, 2021. DOI: 10.1136/bmj.n71.
6. Metodologia
6.1. Pergunta norteadora
A elaboração deste artigo foi orientada pela seguinte pergunta:
Quais são os fundamentos da computação quântica, suas principais aplicações e os desafios que condicionam sua evolução, especialmente no contexto da segurança da informação e das redes quânticas?
O objetivo foi apresentar uma introdução acessível a estudantes e profissionais de Ciência da Computação e a leitores interessados em redes de computadores e internet quântica.
6.2. Fontes de informação
O estudo de referência fornecido para a elaboração do artigo foi utilizado como base temática para organizar os conteúdos sobre qubits, hardware, algoritmos, correção de erros e aplicações.
Como complementação, foram consultados materiais didáticos e publicações científicas, além de documentos técnicos institucionais. Entre as fontes examinadas estão a plataforma IBM Quantum Learning, a revista Nature, os padrões de criptografia pós-quântica do NIST, o documento RFC 9583 da Internet Research Task Force e uma revisão científica sobre repetidores quânticos e internet quântica.
Também foram consultadas as diretrizes oficiais do PRISMA 2020 para orientar a transparência da descrição metodológica.
6.3. Estratégia de busca
Em 23 de outubro de 2026, foram realizadas buscas direcionadas na web para localizar fontes relacionadas aos seguintes grupos de termos:
quantum computing,qubits,superposition,entanglementequantum interference;quantum error correction,surface codeefault-tolerant quantum computing;post-quantum cryptography,NISTequantum security;quantum internet,quantum networks,entanglement distributionequantum repeaters;PRISMA 2020 statementesystematic review reporting.
A estratégia priorizou fontes que ajudassem a explicar os fundamentos conceituais, sustentar exemplos de aplicações e contextualizar os desafios técnicos das tecnologias quânticas.
6.4. Critérios de seleção
Foram priorizadas fontes diretamente relacionadas a pelo menos um dos seguintes tópicos:
- Fundamentos matemáticos e físicos da computação quântica.
- Arquiteturas de hardware e limitações dos dispositivos atuais.
- Algoritmos quânticos e exemplos de aplicações.
- Correção de erros e desenvolvimento de computadores tolerantes a falhas.
- Criptografia pós-quântica e segurança da informação.
- Infraestrutura, protocolos e aplicações de redes quânticas.
Foram privilegiados materiais didáticos institucionais, artigos científicos, revisões de literatura e documentos técnicos. Afirmações sobre avanços experimentais foram associadas às publicações correspondentes, procurando distinguir resultados demonstrados de perspectivas futuras.
6.5. Síntese dos resultados
O conteúdo foi organizado em quatro eixos: fundamentos da computação quântica, arquiteturas e desafios tecnológicos, aplicações práticas e relação com a internet quântica.
A síntese foi qualitativa e narrativa. Os conceitos foram apresentados progressivamente, partindo das unidades básicas de informação e avançando para algoritmos, correção de erros, segurança e redes quânticas.
Não foram realizadas comparações quantitativas entre todos os estudos nem uma avaliação formal do risco de viés das publicações.