Computação quântica: o grande desafio

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Conheça a realidade dos computadores quânticos

Os computadores quânticos foram teorizados pelo físico Paul Benioff em 1981. Nos computadores tradicionais as unidades de informação são os bits e contêm os valores 0 ou 1. No computador quântico existem os qubits (bits quânticos), que podem ter valores 0,1 ou 0 e 1 ao mesmo tempo. Tais qubits representam átomos, íons, fótons ou elétrons e seus dispositivos de controle que os fazem se comportarem como memória e processadores.

A superposição de qubits é o que dá aos computadores quânticos seu paralelismo inerente e seu poder computacional. Segundo os físicos, isso possibilita que ele faça milhões de computações de uma só vez, enquanto os computadores tradicionais fazem uma a uma. A computação feita por ele poderia ser lida através de uma onda eletromagnética de uma só vez. Os algoritmos computacionais que operassem nos computadores quânticos teriam que ser diferentes de modo a garantir um paralelismo

constante, a fim de aproveitar os recursos da máquina.

Um computador quântico de 30 qubits teria o potencial de processamento equivalente a um computador tradicional que rodasse a 10 teraflops (trilhoes de operações de ponto flutuante por segundo). Os desktops típicos rodam a velocidades medidas em gigaflops (bilhões de operações de ponto flutuante por segundo).

Computador quântico Dwave

Existem vários métodos de dispositivos de controle para controlar os qubits. Alguns deles são:

• armadilhas de íons;
• armadilhas óticas;
• pontos quânticos;
• impurezas de semicondutor;
• circuitos supercondutores.

O computador quântico mais avançado não consegue manipular mais que 16 qubits. Um computador quântico que pudesse ultrapassar o desempenho de um computador tradicional, teria que manipular mais de uma centena deles.

Processador quântico Dwave

Devido ao grande potencial dos computadores quânticos, organismos internacionais como a NSA estariam trabalhando na construção de uma máquina dessas num projeto que já totaliza cerca de 79 milhões de dólares de investimento. Outras grandes como a IBM, o Google, a NASA e outras também pesquisam essa tecnologia.

Uma vez obtido um computador quântico de centenas de qubits, a criptografia atual estaria toda comprometida, sendo necessário partir-se para a criptografia quântica para se garantir segurança. Esse tipo de criptografia não se baseia em cálculos matemáticos, mas em fenômenos físicos, como a variação na emissão de fótons, para codificar seus dados.

O grande desafio na construção dos computadores quânticos é o fenômeno da física quântica chamado descoerência. Segundo esse fenômeno, quando o qubit é perturbado, perde suas propriedades quânticas, tornando-se tendencioso. Quanto mais qubits um computador desses tiver, mais complexa deverá ser a engenharia por trás dele para manter o controle desses qubits sem perturbá-los e deteriorar suas propriedades naturais.

Como aplicações para a computação quântica, podemos citar:

• Simulações com modelos mais complexos e realistas na medicina, na área militar, na previsão do tempo e em qualquer área. Isso poderia levar à descoberta e desenvolvimentos de muitas tecnologias hoje impossíveis.
• Rapidez nos cálculos e na solução de problemas que hoje levariam centenas de anos ou vários anos ou semanas, rodando nos supercomputadores de alto desempenho atuais.
• Desenvolvimento da criptologia quântica, não mais baseada em cálculos matemáticos.
• Revolução total do conceito de programação e processamento com a possibilidade de se criar aplicativos muito mais produtivos e eficientes.

Enfim, se bem utilizado, o computador quântico poderia significar a solução para muitos questionamentos que hoje são um entrave para o desenvolvimento da ciência e da humanidade.

O vídeo seguinte mostra e explica o fenômeno quântico chamado de "entanglement" (entrelaçamento).

O vídeo abaixo mostra o computador quântico da Dwave, startup canadense.

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