Review curso MIT xPRO: Quantum Algorithms for Cybersecurity, Chemistry, and Optimization

O MIT xPRO é a plataforma do MIT para cursos profissionais.

É um curso de altíssimo nível, que engloba as três aplicações mais promissoras do tema: Segurança digital, Química e Otimização. https://xpro.mit.edu/courses/course-v1:xPRO+QCFx2/

Na verdade, o curso é dividido em duas partes. Uma mais introdutória, e essa segunda mais focada em aplicações. Fiz a primeira também, mas a segunda parte é muito mais legal e difícil.

É um curso 100% online, com vídeos gravados, testes de múltipla escolha ao final das aulas, e uma parte de laboratório, com algumas pequenas aplicações utilizando a linguagem QASM.

Em termos de dificuldade, os challenges da IBM são mais avançados, porém, o objetivo é diferente. Este curso tem o foco mais didático, é para entender os tópicos com alguma profundidade.

Segurança digital

Em segurança digital, dois aspectos principais: O algoritmo de Shor pode quebrar de forma eficiente TODA a criptografia do mundo atual, colocando em risco transações bancárias, segredos de estado e a privacidade em geral. Por outro lado, as esquisitas propriedades quânticas dos átomos podem ser aproveitadas para criar uma criptografia perfeita, à prova de espiões, utilizando protocolos como o BB84 e similares.

No curso, foram mostrados estudos de casos de implementação simples (15 = 3*5) em computadores quânticos reais, em máquinas de pequena escala. O primeiro, ressonância magnética de estado líquido e o segundo, armadilha de íons.

Química

Em Química, o curso mostra como os Hamiltonianos (matrizes que descrevem os estados de energia da matéria) podem crescer exponencialmente, tornando os computadores clássicos incapazes de simular com acurácia moléculas mais complicadas. Uma analogia que gostei bastante, foi pensar em Hamiltonianos como as Leis de Newton, que controlam a física mecânica de um objeto.

Sobre este tema, retornamos à inspiração original de Richard Feynman: se é difícil simular propriedades quânticas num computador clássico, que tal utilizar um computador que já é quântico desde o princípio?

Métodos como o VQE, combinados com computação clássica, podem ser extremamente poderosos. Aplicações possíveis? Fertilizantes que consumam menos energia na produção, novas moléculas para a indústria, desenvolvimento de drogas para epidemias futuras…

Otimização Combinatória

Por fim, aplicações em otimização. Problemas de otimização existem em tudo: roteirização de entregas, programação da produção, portfolio ótimo em finanças, entre outros. O curso mostra métodos como o de Grover, utilizando portas quânticas. Outra técnica é o de computadores quânticos adiabáticos, porém, bastante complicado de implementar na prática. Uma versão mais fraca, a de quantum annealing, é a mais próxima da viabilidade técnica nos tempos atuais, porém, não há certeza de que esta trará ganho em relação aos computadores clássicos.

Professores

Grande parte do curso é conduzido por Will Oliver, que também lidera um sessão de tirar dúvidas.

Will Oliver

Há aulas de lendas do assunto, Peter Shor e Isaac Chuang. Só que essas são trechos editados do curso regular do MIT.

Peter Shor
Isaac Chuang

Há também a participação pontual de vários outros professores e profissionais da indústria: MIT, IBM, QuTech, Dwave, Microsoft.

Considerações finais

O curso cobre uma vasta gama de tópicos, dá uma visão geral muito boa, com uma profundidade média aos assuntos. Gostei bastante das entrevistas com profissionais da indústria e um pouco dos computadores reais.

É interessante já ter estudado um pouco dos temas citados: se entrar com conhecimento zero, fica difícil, até porque são tópicos extremamente complexos.

Estamos na infância desta tecnologia. Mais ou menos como nos anos 1950 dos computadores clássicos, onde o Eniac ocupava uma sala inteira e tinha menos capacidade computacional do que uma calculadora dos tempos atuais. O potencial disruptivo futuro é imenso. Da mesma forma que em 1950 ninguém conseguiria imaginar um futuro com internet e celulares, não é possível saber para onde os novos desenvolvimentos vão levar.

O curso tem um fórum de discussão, com participação média dos alunos (eu acho um Discord mais dinâmico, caótico e participativo). O lado ruim de cursos online é não conhecer a fundo outras pessoas, mas o que faço sempre é tentar adicionar todo mundo no LinkedIn.

É um curso caro – US$ 2150 os dois módulos – ainda mais para quem recebe em reais, mas excelente para quem tem vontade de conhecer bastante do assunto, conectar com outras pessoas e que tenha orçamento para tal.

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