Computadores quânticos: o poder do qubits Ciência Nordestina

Entenda os conceitos abstratos que estão por trás dessa revolução sem precedentes que pode modificar os computadores tradicionais

No último dia 08 de janeiro, a IBM anunciou o primeiro computador quântico comercial. Esta é uma revolução sem precedentes que pode modificar a segurança da internet, a criptografia das transações bancárias e ao mesmo tempo permitir com que grandes problemas sejam resolvidos.

Mas afinal, o que é um computador quântico? Como os multiversos, tunelamento, emaranhamento quântico e a superposição podem ser a chave de um sistema tão poderoso? E mais importante que isso, como estes conceitos abstratos podem ser materializados no chip de um computador?

Vamos começar pelo começo:

Werner Heisenberg em 1927 estabeleceu uma premissa fundamental da física quântica, quando mostrou haver a impossibilidade de definir com exatidão a posição e velocidade de um elétron, ou seja, quanto menor a incerteza de sua velocidade maior será a incerteza na sua posição, e vice-versa. Isso obviamente provocou um choque dramático com a física tradicional: Deus entrando no mundo das probabilidades?

Somado a isso, a física quântica mostra que um sistema existe parcialmente em todos os estados possíveis, assumindo um único estado apenas quando é medido.

Esse processo foi elaborado mentalmente por Erwin Schrodinger em um “experimento” chamado o gato de Schrodinger: Imagine que um gato tem 50% de chances de sobreviver após três dias sem comida e bebida. Se ao final deste período o gato estiver dentro de uma caixa fechada, tudo o que podemos dizer é que ele tem igual probabilidade de estar vivo ou morto.

Foto: Philosophical Library.

Quando abrirmos a caixa e observarmos o gato, chegamos à conclusão de ver se o animal está vivo ou morto. Ou seja, o observador fez o sistema colapsar para uma situação única. Antes, na caixa fechada, no exato instante do terceiro dia, podemos assumir que o animal estaria vivo e morto. Ou seja, o gato pode assumir dois estados diferentes ao mesmo tempo. Este conceito de superposição é fundamental para entender a computação quântica.

Nos computadores tradicionais, destes que temos em casa e no trabalho, um bit pode ser zero ou um – ou seja ele pode assumir dois estados. Quando é zero, é zero. Quando é um, é um.

A física quântica permite com que exista o qubite (versão quântica do bite) que pode assumir três níveis (zero, um ou os dois valores ao mesmo tempo).

Isso seria possível a partir da substituição dos transistores (que associam o corte e saturação a 0 e 1) por anéis de supercondutores com corrente circulando no sentido horário (zero), circulando no sentido anti-horário (um) ou nos dois sentidos (zero e um).

Esta superposição de estados permite uma simultaneidade de cálculos até então não suportada. Isso eleva a capacidade de processamento e reduz drasticamente o tempo de resposta para a resolução de problemas realmente complexos.

Problemas estes que vão desde a combinação de problemas isolados até a busca de questões ainda não respondidas. O computador quântico passaria a manipular a gigantesca massa de dados que o planeta dispõe e buscaria interconexões que as limitações de processamento ainda não permitiram acontecer.

E isso interfere na sua senha das redes sociais, o local que visitará nas próximas férias e também na resposta mais complexa de todas: estaríamos sós no universo?

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Helinando Oliveira é Professor da Universidade Federal do Vale do São Francisco (Univasf) desde 2004 e coordenador do Laboratório de Espectroscopia de Impedância e Materiais Orgânicos (LEIMO).

Helinando Oliveira