Orientador: Arnaldo Vieira Moura

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação

Resumo: A Computação Quântica é um tópico relativamente recente e pouco conhecido, principalmente no meio da Computação. Seu estudo surgiu na tentativa de físicos simularem sistemas regidos pela Mecânica Quântica por computadores clássicos, o que se conjecturou inviável. Portanto, um novo modelo...

Resumo: A Computação Quântica é um tópico relativamente recente e pouco conhecido, principalmente no meio da Computação. Seu estudo surgiu na tentativa de físicos simularem sistemas regidos pela Mecânica Quântica por computadores clássicos, o que se conjecturou inviável. Portanto, um novo modelo computacional que utiliza a estrutura quântica da matéria para computar foi teorizado para suprir estas deficiências. Este trabalho tem como objetivo principal estudar as influências da Computação Quântica na Teoria da Computação. Para atingir tal objetivo, primeiramente são expostos os conhecimentos básicos da Mecânica Quântica através de uma linguagem voltada para Teóricos de Computação sem conhecimento prévio na área, de forma a remover a barreira inicial sobre o tema. Em seguida, serão apresentadas inovações na área da Teoria de Computação oriundas da Computação Quântica. Começaremos com os principais Algoritmos Quânticos desenvolvidos até hoje, que foram os primeiros passos para demonstrar a possível superioridade computacional do novo modelo. Dentre estes algoritmos, apresentaremos o famoso Algoritmo de Shor, que fatora números em tempo polinomial. Adicionalmente, neste trabalho foram estudados tópicos mais avançados e atuais em Computabilidade e Complexidade Quânticas. Sobre Autômatos Quânticos, foram estudados aspectos de um modelo que mistura estados clássicos e quânticos, focando na comparação do poder computacional em relação aos Autômatos Finitos Clássicos. Do ponto de vista de Classes de Complexidade, será abordada a questão se em linguagens da classe QMA, o análogo quântico da classe NP, consegue-se atingir probabilidade de erro nulo na aceitação de instâncias positivas

Abstract: Quantum Computing is a relatively new area and it is not well known, mainly among Computer Scientists. It has emerged while physicists tried to simulate Quantum Systems with classical computers efficiently, which has been conjectured impossible. Then, a new computational model that uses...

Abstract: Quantum Computing is a relatively new area and it is not well known, mainly among Computer Scientists. It has emerged while physicists tried to simulate Quantum Systems with classical computers efficiently, which has been conjectured impossible. Then, a new computational model that uses the quantum structure of matter to perform computations has been theorized in order to perform these operations. We intend in this work to study the influences of Quantum Computing in Theoretical Computer Science. In order to achieve this goal, we start by presenting the basics of Quantum Computing to Theoretical Computer Science readers with no previous knowledge in this area, removing any initial barriers for a clean understanding of the topic. We will then follow by showing innovations in Theoretical Computer Science introduced by Quantum Computation. We start by showing the main Quantum Algorithms, that exemplify advantages of the new computational model. Among these algorithms, we will present the Shor Algorithm that factors numbers in polynomial time. We follow with more advanced topics in Quantum Computability and Complexity. We study Quantum Finite Automata Models that work with quantum and classical states, focusing on comparing their computational power with Deterministic Finite Automata. In Complexity Theory, we study the question if for languages in QMA, the quantum analogue of NP, zero probability error can be achieved in yes-instances