Quantum

Computadores Quânticos

Alguns fenômenos da mecânica quântica podem ter um grande impacto na tecnologia humana no futuro, particularmente na forma de computadores quânticos. Um computador quântico é um computador que usa a sobreposição quântica e entrelaçamento quântico para aumentar o seu poder de processamento. Como?

Para compreender computadores quânticos, primeiro precisamos dar uma olhada nos computadores clássicos. A unidade básica de informação dos computadores clássicos é o bit. Um bit pode assumir um de dois valores: 1/0 (sim/não, ligado/desligado). Dois bits podem assumir um em quatro valores (11/10/01/00), trés bits podem assumir um em oito valores, quatro bits, um em dezesseis valores, e assim por diante.

Computadores quânticos usam uma unidade de informação um pouco diferente - o qubit (bit quântico). Qubits são similares aos bits, mas com uma diferença importante por causa da sobreposição quântica, um qubit pode assumir mais valores simultaneamente! Assim, um qubit pode estar numa sobreposição dos valores 1 e 0. Poderíamos, por exemplo, criar um qubit usando o spin de um elétron. O spin ½ poderia representar o valor 1, e o spin -½ o valor 0 (e vice-versa). Contanto que o elétron não seja observado, o seu qubit tem ambos os valores possíveis.

Entretanto, se adicionarmos outro qubit, a situação fica ainda mais interessante. Por causa do entrelaçamento quântico, ambos o qubits entram em uma sobreposição de quatro estados. Os qubits agora assumem todos os quatro valores possíveis (11, 10, 01 e 00) simultaneamente. Se adicionarmos outro qubit, o sistema quântico desses qubits pode assumir oito valores diferentes, e assim por diante. Toda vez que adicionarmos um qubit, o número de estados sobrepostos possíveis dobra. A principal diferença entre o computador clássico e o quântico, portanto, está no número de estados que cada um pode assumir. Enquanto que um conjunto de bits pode assumir apenas um valor por vez dentre os possíiveis, o mesmo conjunto de qubits pode assumir todos os valores possíveis simultâneamente.

Mas qual é a consequência dessa diferença Velocidade. Um computador quântico é capaz de resolver certas tarefas até um milhão de vezes mais rápido do que um computador clássico de tamanho similar - por exemplo, um computador quântico de apenas vinte qubits pode assumir 1.048.576 estados simultaneamente!

Isso pode parecer maravilhoso, mas há um lado negativo. Apesar da velocidade surpreendente, computadores quânticos provavelmente nunca irão substituir totalmente os computadores clássicos.
A razão é simples - toda vez que um sistema quântico é observado, a função de onda deste sistema entra em colapso. Isso significa que toda vez que tentarmos usar um computador quântico inevitavelmente haverá interação entre nós e o computador. Esta interação causaria o colapso da superposição no computador quântico, e os seus qubits subitamente se tornariam meros bits clássicos.

Infelizmente, computadores quânticos são adequados para apenas computações específicas e usualmente complexas. Durante o processo de computação, eles devem ser isolados dos seus arredores para evitar o colapso da sobreposição dos seus qubits. Um computador quântico basicamente divide cada problema em vários cálculos mais simples, e então os resolve em paralelo. Uma vez que a computação esteja terminada, o computador é observado, o que causa o colapso da sobreposição, e nos dá apenas um resultado.