Tecnologias emergentes - futuro e evolução tecnológica das AgroTIC.

Robótica agrícola e uso de robôs. Nanotecnologia. Computação pervasiva ou úbiqua e internet das coisas. Informação, conhecimento e cognição. Data science, computação quântica e neuromórfica

Computação quântica : autômatos, jogos e complexidade

Orientador: Arnaldo Vieira MouraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Desde seu surgimento, Teoria da Computação tem lidado com modelos computacionais de maneira matemática e abstrata. A noção de computação eficiente foi investigada usando esses modelos sem procurar entender as capacidades e limitações inerentes ao mundo físico. A Computação Quântica representa uma ruptura com esse paradigma. Enraizada nos postulados da Mecânica Quântica, ela é capaz de atribuir um sentido físico preciso à computação segundo nosso melhor entendimento da natureza. Esses postulados dão origem a propriedades fundamentalmente diferentes, uma em especial, chamada emaranhamento, é de importância central para computação e processamento de informação. O emaranhamento captura uma noção de correlação que é única a modelos quânticos. Essas correlações quânticas podem ser mais fortes do que qualquer correlação clássica estando dessa forma no coração de algumas capacidades quânticas que vão além do clássico. Nessa dissertação, nós investigamos o emaranhamento da perspectiva da complexidade computacional quântica. Mais precisamente, nós estudamos uma classe bem conhecida, definida em termos de verificação de provas, em que um verificador tem acesso à múltiplas provas não emaranhadas (QMA(k)). Assumir que as provas não contêm correlações quânticas parece ser uma hipótese não trivial, potencialmente fazendo com que essa classe seja maior do que aquela em que há apenas uma prova. Contudo, encontrar cotas de complexidade justas para QMA(k) permanece uma questão central sem resposta por mais de uma década. Nesse contexto, nossa contribuição é tripla. Primeiramente, estudamos classes relacionadas mostrando como alguns recursos computacionais podem afetar seu poder de forma a melhorar a compreensão a respeito da própria classe QMA(k). Em seguida, estabelecemos uma relação entre Probabilistically Checkable Proofs (PCP) clássicos e QMA(k). Isso nos permite recuperar resultados conhecidos de maneira unificada e simplificada. Para finalizar essa parte, mostramos que alguns caminhos para responder essa questão em aberto estão obstruídos por dificuldades computacionais. Em um segundo momento, voltamos nossa atenção para modelos restritos de computação quântica, mais especificamente, autômatos quânticos finitos. Um modelo conhecido como Two-way Quantum Classical Finite Automaton (2QCFA) é o objeto principal de nossa pesquisa. Seu estudo tem o intuito de revelar o poder computacional provido por memória quântica de dimensão finita. Nos estendemos esse autômato com a capacidade de colocar um número finito de marcadores na fita de entrada. Para qualquer número de marcadores, mostramos que essa extensão é mais poderosa do que seus análogos clássicos determinístico e probabilístico. Além de trazer avanços em duas linhas complementares de pesquisa, essa dissertação provê uma vasta exposição a ambos os campos: complexidade computacional e autômatosAbstract: Since its inception, Theoretical Computer Science has dealt with models of computation primarily in a very abstract and mathematical way. The notion of efficient computation was investigated using these models mainly without seeking to understand the inherent capabilities and limitations of the actual physical world. In this regard, Quantum Computing represents a rupture with respect to this paradigm. Rooted on the postulates of Quantum Mechanics, it is able to attribute a precise physical notion to computation as far as our understanding of nature goes. These postulates give rise to fundamentally different properties one of which, namely entanglement, is of central importance to computation and information processing tasks. Entanglement captures a notion of correlation unique to quantum models. This quantum correlation can be stronger than any classical one, thus being at the heart of some quantum super-classical capabilities. In this thesis, we investigate entanglement from the perspective of quantum computational complexity. More precisely, we study a well known complexity class, defined in terms of proof verification, in which a verifier has access to multiple unentangled quantum proofs (QMA(k)). Assuming the proofs do not exhibit quantum correlations seems to be a non-trivial hypothesis, potentially making this class larger than the one in which only a single proof is given. Notwithstanding, finding tight complexity bounds for QMA(k) has been a central open question in quantum complexity for over a decade. In this context, our contributions are threefold. Firstly, we study closely related classes showing how computational resources may affect its power in order to shed some light on \QMA(k) itself. Secondly, we establish a relationship between classical Probabilistically Checkable Proofs and QMA(k) allowing us to recover known results in unified and simplified way, besides exposing the interplay between them. Thirdly, we show that some paths to settle this open question are obstructed by computational hardness. In a second moment, we turn our attention to restricted models of quantum computation, more specifically, quantum finite automata. A model known as Two-way Quantum Classical Finite Automaton (2QCFA) is the main object of our inquiry. Its study is intended to reveal the computational power provided by finite dimensional quantum memory. We extend this automaton with the capability of placing a finite number of markers in the input tape. For any number of markers, we show that this extension is more powerful than its classical deterministic and probabilistic analogues. Besides bringing advances to these two complementary lines of inquiry, this thesis also provides a vast exposition to both subjects: computational complexity and automata theoryMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computaçã

UMA ABORDAGEM PARA A UTILIZAÇÃO DE CONES DE GRAFENO NA COMPUTAÇÃO QUÂNTICA

Conforme se continua investindo em ciência, novas tecnologias são desenvolvidas, e, com os estudos em nanotecnologias, muitas empresas estão investindo em computadores quânticos. Neste trabalho, apresentaremos um possível método de utilização do grafeno na computação quântica. Discutiremos brevemente sobre o grafeno, desde a sua utilização para estudos teóricos até a descoberta experimental, evidenciando as principais características e propriedades singulares que fazem dele um material fascinante e que é amplamente estudado por pesquisadores ao redor do globo. Na sequência, uma introdução sobre a computação quântica é dada, fornecendo uma comparação importante entre os computadores clássicos e quânticos. Em seguida, a formação de cones de grafeno e os defeitos topológicos surgidos de desclinações são estudados. Trataremos ainda dos conceitos de conexões diferenciais e spinoriais e de fases de holonomia, fundamentais para a computação quântica holonômica. Por fim, mostraremos que a computação quântica pode ser implementada na folha de grafeno

QSystem: simulador quântico para Python

TCC(graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Ciências da Computação.Esse trabalho documenta a implementação de um simulador de computação quântica baseado no modelo de circuitos quânticos onde é possível executar uma computação quântica tanto em vetor de estado quanto em matriz densidade, possibilitando, assim, a simulação de erros quânticos. O simulador foi desenvolvido majoritariamente em C++ e entregue como um módulo de Python, denominado QSystem, desta forma, obtém uma boa performance ao mesmo tempo que é dinâmico para o uso. Toda a base teórica referente a computação quântica necessária para a implementação do simulador é apresentada nos primeiros capítulos

Informação e teoria quântica

A pesquisa em informação quântica sugere uma íntima conexão entre o conceito de informação e a teoria quântica, mas essa conexão envolve nuances cuja análise é o objeto deste trabalho. A sabedoria comum nesse campo divide-se em duas grandes áreas, não excludentes entre si. Há os que são movidos pela possibilidade de uso da teoria quântica em um novo campo, o da computação, independentemente do esclarecimento de seus fundamentos, aqui incluído o conceito de "informação". Alguns consideram que estamos diante de um grande problema conceitual sem resposta satisfatória no momento, enquanto que outros, dentre os que reconhecem a magnitude do problema, têm proposto formulações com a pretensão de solução do problema. Este artigo tem pretensões modestas. Não pretendemos aportar novas soluções ao problema, nem apoiar uma das soluções existentes. Temos a expectativa de através da análise histórico-conceitual do problema mapear as diversas possibilidades, apontando o que nos parecem ser aspectos fortes e fracos nessas possibilidades

Uma Ontologia para Computação Quântica

Quantum computing is currently presented as a new computational paradigm in relation to traditional computing proposal. In quantum computing the information representation and evolution of a computing system are different. Although there are several studies on it, a knowledge model describing quantum computation has not yet been proposed. n order to do this, the following work presents an ontology in OWL, this one is modeled to include the main characteristics of the quantum computation, providing a version of knowledge for that specific domain.A computação quântica se apresenta atualmente como um novo paradigma computacional em relação à proposta de computação tradicional. Nela a representação de informação e evolução de um sistema computacional são diferentes. Apesar de um grande estudo sobre ela, ainda não foi proposto um modelo de conhecimento que descreva a computação quântica. Em busca disso, o seguinte trabalho apresenta uma ontologia em OWL, esta é modelada para incluir as principais características da computação quântica, fornecendo uma versão de conhecimento para esse domínio específico

Notas leitura / Recensão crítica

Recensão crítica à obra de Federico Pistono, "Robots will steal your job, but that’s ok : how to survive the economic collapse and be happy. 2ª ed. 2014Esta recensão crítica vai analisar em detalhe e do ponto de vista da ciência da computação alguns dos temas propostos por Federico Pistono nos capítulos 4 Revista de Ciências da Computação, 2013, nº8 60 (Information Technology) a 7 (Evidence of Automation)1. Nomeadamente, efetuaremos uma análise mais aprofundada sobre duas tecnologias que são hoje uma aposta explícita da IBM[3] e que ilustram bem os desafios dos sistemas informáticos para a próxima década. Terminaremos com algumas considerações sobre a importância que a cultura “Open Source” (traduzida por “código aberto”, mas mostrando que o termo tem implicações mais abrangentes), e como, tal como referido no livro de Federico Pistono, essa cultura de partilha pode ser a chave para evitar o colapso da civilização humana. O objectivo é possibilitar ao leitor formar a sua própria conclusão sobre a pertinência do tema e do livro aqui analisado

Framework para engenharia e processamento de ontologias utilizando computação quântica

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnoclógico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Gestão do Conhecimento, Florianópolis, 2010Ontologias são recursos largamente utilizados para a representação de conhecimento em sistemas inteligentes. Ao longo do tempo, novos conhecimentos são adicionados e tais ontologias tendem a se tornar redes de complexidade crescente. Esta tese tem como objetivo trazer para a área da Engenharia Ontológica os benefícios de performance e representação que podem ser alcançados a partir do uso da Computação Quântica, a qual tem se mostrado vantajosa em áreas como a criptografia e buscas em conjuntos não ordenados. A abordagem é proposta a partir de um framework constituído dos seguintes conceitos derivados: superposição de classes, superposição de instâncias, superposição de relações e emaranhamento de classes. É demonstrado o uso de algoritmos quânticos para a superposição de classes e instâncias em ontologias, assim como aplicações sobre emaranhamento de classes. O trabalho também inclui um simulador para Computação Quântica como ferramenta de apoio na construção dos algoritmos, visualização dos circuitos quânticos e testes experimentais. A partir da ideia do armazenamento de estados superpostos por um tempo mais longo, o framework evolui para um modelo de representação de conhecimento em ontologias baseado no paradigma quântico. Sob esta ótica, são discutidas ramificações quanto à semelhança com o pensamento simbólico da mente humana e ainda o questionamento da própria definição de ontologias.Ontologies are resources widely used for representing knowledge in intelligent systems. Through the years, new knowledge has been added and such ontologies tend to become more and more complex networks. This paper is focused on the benefits of performance and representation for the Ontologies Engineering area, which can be obtained from the use of the Quantum Computing concepts. This fact has been considerely advantageous in certain science computing areas, such as encryption and searching in unordered sets. The approach is proposed through a framework that shows the following derived concepts: superposition of classes, entanglement of classes, superposition of instances and superposition of relations. It is demonstrated the use of quantum algorithms for superposition of instances and classes in ontologies, as well as some possible applications in entanglement of classes. The study also includes a Quantum Computing simulator as a helping tool in building algorithms, visualizing quantum circuits and experimental testing. From the idea of storing the quantum states in a superposition for longer periods of time, the framework evolves to a representation model based on the quantum paradigm. Under this perspective, there are some considerations over branches towards the similarity with the human mind symbolic way of thinking and even considerations on the proper concept of ontologies