Computação Quântica - Um Futuro Próximo?

Computação Quântica:Um futuro próximo?

Resumo do post: 

      Como objetivo principal deste artigo, faremos uma breve explanação sobre a computação quântica, apresentando seus benefícios, bem como os possíveis desafios. Iremos expor os conceitos mais relevantes da teoria da mecânica quântica, que é a parte da física que dá origem a computação quântica. Explicaremos também como funciona esta nova tecnologia que promete inovar o setor da computação e falar um pouco sobre o primeiro computador

quântico, comparando-o ao PC(desktop) comum.

I. Introdução:

         Nenhuma grande invenção aparece de forma independente, elas vão evoluindo, atribuindo informação das diversas áreas das ciências, na computação não é diferente. A ideia de facilitar problemas do cotidiano é algo que está presente na raça humana, por exemplo, a ideia e automatizar os cálculos vem desde a antiguidade, usavam-se pedras no princípio, e esta técnica deu origem ao ábaco, evoluindo aos poucos junto à matemática, química e física até chegarmos aos computadores digitais que vemos hoje. 

        Os computadores de hoje usam como modelo a Máquina de Turing feita em 1936 pelo matemático Alan Turing. Esta máquina lê as células de fitas horizontais onde cada célula pode armazenar ‘0’ ou ‘1’, onde através do estado atual da máquina é decidido que rumo tomar partir do valor encontrado nas células seguintes. 

       Cada vez mais rápido se dá a evolução da arquitetura e tecnologias, aumentando a velocidade de processamento dos novos aparatos eletrônicos, porém como as tecnologias avançam, novos e mais complexos desafios surgem, horas na matemática, horas na química, horas na física. Um limite atual dos computadores é que já estamos chegando ao limite físico para representar processos, sendo assim, não poderíamos mais diminuir os espaços entre os transistores, limitando assim a capacidade de evolução do processamento de dados. Mas nós não temos como característica parar de evoluir assim que encontramos uma dificuldade, o que nós fizemos é buscar soluções por outros caminhos, é ai que surge a computação Quântica.

II. Desenvolvimento

         Para poder explicar o que é, e como se faz a computação quântica, é necessário primeiro explicar a mecânica quântica. A mesma se dá pela necessidade de representarmos sistemas microscópicos ( A partir de 10-10m), onde a física clássica não prevê os comportamentos possíveis das partículas, então a mecânica quântica tenta explicar de uma maneira probabilística, levando em consideração a natureza incerta dos estados em um sistema quântico. 

         A principal diferença entre o atual computador que atua com Bits e o computador quântico que atua com Qubits é que no Bit só se pode armazenar um  valor (sendo ele 0 ou 1) através da tensão da corrente elétrica, já no Qubits pode-se armazenar tanto o ‘0’ quanto o ‘1’ ao mesmo tempo. Neste caso é necessário qualquer partícula quântica que tenha dois auto estados bastante distintos, como por exemplo o estado de polarização de um fóton ou até mesmo spins quânticos. 

        Há uma forma de representar os estados quânticos das partículas e o mesmo se dá pela formula:

|ψ›=α |0› + β|1›

“Para todo α e β, números imaginários, tal que |α|² + |β|²=1, onde |α|² é a probabilidade do qubit estar no estado |0› e |β|² é a probabilidade de estar no estado |1›. O estado de um qubit é então um vetor num espaço de Hilbert de duas dimensões. “ [Alves 2003]

Em se tratando de porta lógica quântica, os circuitos são assim como nos computadores comuns, criados usando as portas lógicas, porém as portas quânticas serão reversíveis, características que as atuais portas AND e OR não tem. Com esta possível inovação do

hardware, o software poderá também evoluir, resolvendo problemas que hoje são muito complicados de resolver em tempo polinomial. Com a invenção de processamento quântico provavelmente serão necessárias várias modificações na atual estrutura computacional, seria como começar uma nova tecnologia, que apesar de evoluir muito, imita os atuais computadores. O primeiro computador quântico já foi criado, mais precisamente no ano de

2007 pela empresa D-Wave, computador chamado Orion, projeto que custou cerca de 44 milhões de dólares. Com um sistema não totalmente quântico o Orion e seus 16 qubits resolveram problemas de lógica, bem como soluções para jogos de Sudoku, estes problemas podem facilmente ser resolvidos por computadores comuns, porém o objetivo da apresentação do Orion não era mostrar a sua capacidade, e sim mostrar que os computadores quânticos são reais e estão a nosso alcance. Como comparação os 16 Qubits do Orion equivalem a incríveis 655536 bits de um computador convencional. Porém para que os 16 qubits funcionem é necessário congelar o chip de silício a uma temperatura próxima a 4mK ( MiliKelvins), o que pode ser a maior dificuldade na criação de computadores  quânticos. O Orion era resfriado usando um sistema de refrigeração com Hélio Liquido.

III. Conclusão

         Apesar da apresentação do primeiro computador quântico, muitos pensavam que seria muito complicado evoluir rapidamente este modelo, já que a empresa D-Wave não quis divulgar os detalhes técnicos usados para a criação do Orion, o que dificulta um pouco o progresso cientifico, e causa um cenário de certa desconfiança. A própria D-Wave continuou com o projeto do Orion, lançando no mesmo ano [2007] um outro computador quântico com base no modelo Orion, mas agora com 28 qubits. Um outro grande projeto da empresa é um computador apelidado de Monte Carlo, que será totalmente quântico e terá incríveis 1024 Qubits.

         É necessária uma ação conjunta de diversos cientistas para que a computação quântica passe a ser, em não muito tempo, uma realidade possível a todos, para que com ela

muitos problemas existentes hoje sejam resolvidos, e outros problemas mais complexos

possam aparecer, já que é por isso que nós nunca deixamos de evoluir.

Grandes possibilidades nos esperam na quântica!