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A biocomputação e a computação quântica têm muito mais em comum do que se imagina, será que elas poderiam se conectar?

By Kenna Hughes-Castleberry publicado em 12 de maio de 2023

A biocomputação e a computação quântica são duas tecnologias de ponta que têm o potencial de revolucionar a forma como processamos informações e resolvemos problemas complexos. Embora esses campos de computação sejam baseados em princípios fundamentalmente diferentes, eles visam alcançar poder e velocidade computacional sem precedentes. Para entender como cada uma dessas tecnologias espera se transformar no futuro, é importante entender o básico de cada uma.

O que é Biocomputação?

A biocomputação, ou computação de DNA ou computação molecular, usa moléculas biológicas como DNA, RNA e proteínas para realizar cálculos. A ideia básica por trás da biocomputação é usar o paralelismo inerente dos sistemas biológicos e a capacidade de armazenamento de informações para executar tarefas complexas cálculos. A computação de DNA, por exemplo, usa a capacidade das moléculas de DNA de armazenar e manipular informações para realizar cálculos. Isso é feito codificando informações na sequência de nucleotídeos que compõem as moléculas de DNA e, em seguida, usando enzimas e outras moléculas biológicas para manipular e processar o DNA.

Uma das vantagens críticas da biocomputação é que ela tem o potencial de realizar computações massivamente paralelas usando equipamentos relativamente simples. Isso torna a biocomputação uma tecnologia promissora para aplicações de bioinformática, descoberta de medicamentos e armazenamento de dados.

Outros tipos de biocomputação dependem da neurociência para criar redes de computação baseadas em neurônios no cérebro. Recentemente, pesquisadores da John Hopkins University deram um passo adiante criando cérebros humanos “organoides” que poderiam ser usados como um novo modelo de computador. "Chamamos esse novo campo interdisciplinar de 'inteligência organoide' (OI)", disse o professor Thomas Hartung, da Universidade Johns Hopkins, em recente comunicados à CMVM. “Uma comunidade de cientistas de ponta se reuniu para desenvolver essa tecnologia, que acreditamos lançará uma nova era de biocomputação rápida, poderosa e eficiente.” Obviamente, há muito mais pesquisas a serem feitas e muitas questões éticas a serem respondidas, mas os especialistas preveem que esse mercado valerá a pena. US$ 8.3 bilhões por 2028.

O que é Quantum Computing?

A computação quântica é um tipo de computação que usa fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento, para realizar cálculos. Ao contrário da computação clássica, que é baseada em bits binários que podem ser 0 ou 1, a computação quântica usa bits quânticos ou qubits, que podem estar em um sobreposição de 0 e 1 simultaneamente. Isso permite que os computadores quânticos executem cálculos específicos muito mais rapidamente do que os computadores clássicos.

Uma das vantagens críticas da computação quântica é que ela pode realizar certos tipos de cálculos intratáveis para computadores clássicos. Por exemplo, os computadores quânticos demonstraram ser capazes de resolver certos tipos de otimização problemas muito mais rápido do que os computadores clássicos. A indústria de computação quântica já cresceu mundialmente à medida que empresas, acadêmicos, governos e outras organizações estão mergulhando fundo nessa tecnologia de última geração.

Comparando Biocomputação e Computação Quântica

Embora a biocomputação e a computação quântica sejam baseadas em princípios fundamentalmente diferentes, existem algumas semelhanças entre esses dois campos da computação. Por exemplo, a biocomputação e a computação quântica são baseadas em princípios de paralelismo e armazenamento de informações. Na biocomputação, o paralelismo é alcançado usando muitas moléculas biológicas realizando cálculos simultaneamente. Na computação quântica, o paralelismo é obtido por meio de qubits que podem estar em uma superposição de estados.

Outra semelhança entre a biocomputação e a computação quântica é que ambos os campos da computação têm o potencial de realizar certos tipos de cálculos muito mais rapidamente do que a computação clássica. No entanto, os tipos de cálculos que podem ser executados mais rapidamente pela biocomputação e pela computação quântica são diferentes. A biocomputação é particularmente adequada para problemas que envolvem grandes quantidades de dados, como DNA sequenciamento ou dobramento de proteínas. Por outro lado, a computação quântica é particularmente adequada para problemas de otimização ou simulação.

Finalmente, a biocomputação e a computação quântica ainda estão nos estágios iniciais de desenvolvimento e têm muitos desafios técnicos a serem superados antes que possam ser amplamente adotados. Por exemplo, a biocomputação enfrenta desafios de correção de erros, dimensionamento e confiabilidade. A computação quântica enfrenta desafios relacionados à correção de erros, decoerência e escalabilidade.

A biocomputação e a computação quântica são dois campos empolgantes da computação que têm o potencial de revolucionar a maneira como processamos informações e resolvemos problemas complexos. Embora a biocomputação e a computação quântica sejam baseadas em princípios fundamentalmente diferentes, elas compartilham semelhanças em relação a seus objetivos e aplicações potenciais. À medida que cada setor evoluir na próxima década, haverá muitas oportunidades para conversas cruzadas entre os dois setores e possíveis parcerias e colaborações desenvolver tecnologia robusta e de ponta.

Kenna Hughes-Castleberry é redatora da Inside Quantum Technology e comunicadora científica da JILA (uma parceria entre a University of Colorado Boulder e o NIST). Suas batidas de escrita incluem tecnologia profunda, computação quântica e IA. Seu trabalho foi apresentado na Scientific American, Discover Magazine, Ars Technica e muito mais.