A magia da Computação Quântica e sua aplicação prática na educação

Realizar cálculos além do alcance de computadores comuns é apenas o começo para solucionar desafios complexos e elevar o aprendizado a um novo patamar

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10:43 am - 28 de agosto de 2023
Foto: Joshua Sortino

Artigo por Diego Sette, Diretor de Tecnologia da Pearson Latam

Há não muito tempo atrás, em um mundo de bits e bytes aparentemente comuns, uma força revolucionária estava em formação, esperando para liberar o seu potencial. Essa não era outra senão a computação quântica – um universo onde as regras da computação clássica se curvam aos princípios da mecânica quântica, aproveitando de sua “magia” para realizar cálculos além do alcance de computadores regulares. Apesar de especialistas em computação tradicional serem capazes de resolver alguns dos algoritmos mais complexos com facilidade, o fascínio da computação quântica é justamente entregar um resultado que promete saltos exponenciais.

Para ilustrar de maneira simples, vale pensar que se colocarmos uma moeda comum em uma caixa, ela pode mostrar “cara” ou “coroa”. Supondo que existisse uma moeda quântica, ela poderia estar em uma superposição de “cara” e “coroa”. O grande diferencial dessa tecnologia é que, ao passo que processadores genéricos utilizam bits que representam 0 ou 1, a lógica quântica, por sua vez, é uma dança de incertezas de bits quânticos – chamados de qubits – que os permitem representar 0 e 1 simultaneamente.

Além dessa superposição, existe ainda um conceito conhecido como “emaranhamento”. Seguindo com o exemplo das moedas, suponhamos que duas delas estão conectadas e, independentemente da distância, se jogarmos uma das moedas, a outra se igualará instantaneamente. É assim que funciona o emaranhamento quântico. Mas, com partículas minúsculas, como elétrons ou fótons, em vez de moedas. Quando essas partículas estão emaranhadas, elas assumem tamanha conexão que, qualquer coisa que você faça com uma, afeta instantaneamente a outra, em uma comunicação até mais rápida que a luz!

Sabemos que, diante de algoritmos complexos, o computador que conhecemos luta com um número avassalador de possibilidades. Mas, quando a mesma tarefa é dada a um processador quântico, ele se utiliza das habilidades de superposição e emaranhamento mencionadas anteriormente e, dessa forma, encontra a solução em questão de momentos, navegando com desenvoltura por um labirinto de probabilidades. Por essas e outras razões, embora as máquinas quânticas ainda estejam em sua infância, pesquisadores e acadêmicos já as enxergam como uma promessa para vários campos, entre eles, educação e aprendizado de idiomas.

Apesar de parecer um tema recente, as primeiras discussões sobre a computação quântica começaram na década de 1980, por Paul Benioff e Richard Feynman. O primeiro computador quântico viável da história chama-se Orion. Sua operação se inicia em 2007, baseada em apenas um chip quântico de 16 qubits, desenvolvido canadense D-Wave Systems. Hoje em dia, já existe um processador quântico de 433 qubits, por exemplo. Ele se chama Osprey e foi apresentado pela IBM em novembro de 2022. Projetos entre a empresa e Mercedes Benz, por exemplo, estudam como tornar baterias de veículos elétricos melhores e mais eficientes, visando carbono zero. O mesmo acontece com ExxonMobile, para solucionar problemas complexos de energia e com a CERN – Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, que busca explicar mistérios cósmicos.

No rol do ensino, recursos como a otimização e o agendamento são considerados futuros aliados extremamente eficazes viabilizados pela Quantum Computing: uma vez regulado, esse mecanismo poderá, por exemplo:

  • Propor horários mais eficientes para escolas e universidades e, até mesmo, gerenciar ferramentas para cursos on-line;
  • Aprimorar os recursos dos algoritmos de linguagem natural (NLP), ramo da IA que permite aos computadores entender, criar e manipular a linguagem humana, como a Siri ou Alexa, por exemplo;
  • Auxiliar no reconhecimento de padrões de linguagem;

Embora não esteja diretamente relacionada ao aprendizado de idiomas, a criptografia quântica é relevante para a segurança de plataformas de educação online e aplicativos de aprendizado de idiomas, um dos desafios que temos com os ambientes gerados através da IA. Os computadores quânticos podem ajudar a desenvolver protocolos de comunicação seguros e métodos de criptografia que são praticamente invioláveis, protegendo informações e comunicações confidenciais dos alunos. Caminhos de aprendizado otimizados e gamificação baseada em quantum também são aplicações possíveis.

Isoladas, essas iniciativas podem parecer corriqueiras, porém, analisadas em conjunto, elas agregam simplificação da tradução de idiomas, melhora na velocidade dos aplicativos e programas de aprendizagem de línguas, personalização mais refinada das experiências de aprendizagem e, por que não dizer, uma revolução no planejamento de ensino.

A este ponto, podemos nos questionar: “Mas a IA Generativa já não é capaz de criar esses ambientes virtuais de aprendizado e personalizar as experiências? Será que a computação quântica é realmente importante e necessária para a educação?”. E essa é uma excelente provocação! A IA, nesse caso, é como um amigo útil que também sabe muito e pode fazer algumas tarefas para nós, como responder a perguntas ou jogar. Agora, a computação quântica é ainda mais rápida e mais poderosa e, portanto, nos ajuda a resolver problemas que são difíceis demais para computadores normais e até mesmo para a IA.

Na educação, a computação quântica se assemelha a ter um professor capaz de nos ajudar a entender os mínimos detalhes de como as coisas funcionam no mundo, o que torna o aprendizado mais emocionante e abre novas possibilidades para descobertas incríveis em Ciência e Tecnologia. Em resumo, embora a IA seja incrivelmente útil, ter a computação quântica no ambiente educacional será como ter uma nova ferramenta que pode elevar nosso aprendizado e resolução de problemas a um nível totalmente novo.

É essencial observar que muitas dessas possibilidades ainda estão em fase de pesquisa e desenvolvimento, pois computadores quânticos práticos com qubits suficientes e recursos de correção de erros ainda não estão amplamente disponíveis. No entanto, o seu potencial de transformar a educação e a aprendizagem– inclusive de idiomas – é empolgante e promissor e oferece vislumbres de um futuro em que o aprendizado se torna cada vez mais personalizável, eficiente e transformador.

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