Computação Quântica

Índice

Introdução 2

Funcionamento 4

Evolução 6

Estado da Arte 7

Tendências para o título 8

Conclusão 9

Bibliografia 10

Introdução

O objetivo deste trabalho é explicar a junção da computação com as teorias da mecânica quântica, qual a ideia principal desta nova tecnologia e principalmente demonstrar o que ela nos torna possível executar.

A computação quântica nos trás um mundo de possibilidades, aumentando mais de dez vezes a velocidade e o tamanho das informações processadas e armazenadas que estamos acostumados para contas com grandes números. Tudo isso graças aos fótons, nêutrons, prótons e elétrons.

Funcionamento

A primeira coisa que se deve aprender para entender a mecânica quântica de forma simples e dinâmica é sobre a “Teoria da Superposição”, aonde o computador não irá mais entender apenas 0 e 1 com base nessa teoria dizemos que um computador quântico entende 0, 1 e 1 e 0 ao mesmo tempo. Esta teoria foi criada por Erwin Schrodinger, ele dizia que podemos estar em dois estados ao mesmo tempo, por exemplo, vivo e morto! Para sua explicação utilizamos o famoso “Gato de Schrodinger”, para a física quântica o gato pode estar vivo e morto ao mesmo tempo até que olhemos para ele.

A experiência é feita da seguinte maneira: O gato é colocado em uma caixa que contém um recipiente com material radiativo e um contador de Geiger( aparelho detector de radiação). Se as partículas radioativas se soltarem este contador irá detectar a sua presença acionando por sua vez o martelo que por sua vez quebra o frasco do veneno, fazendo com que o gatinho morra.

De acordo com as leis da física quântica, a radioatividade pode se manifestar em forma de ondas ou de partículas e uma partícula pode estar em dois lugares ao mesmo tempo! As ondas brancas representam as probabilidades de ocorrência dessa dupla realidade, quando, na mesma fração de segundo, o frasco de veneno quebra e não quebra.

Seguindo o raciocínio de Schrödinger, as duas realidades aconteceriam simultaneamente e o gato estaria vivo e morto ao mesmo tempo até que a caixa fosse aberta. A presença de um observador acabaria com dualidade e ele só poderia ver ou um gato vivo ou um gato morto.

Então primeiramente nos perguntamos o que mudou neste novo processador, o que torna esta tese possível são os qubits, ao invés da computação quântica utilizar bits normais utiliza-se os qubits (bits quânticos/ Quantum bits). Um qubit se apresenta nesse estado de superposição que explicamos logo acima, que permite a coexistência de quantidades de 0 e 1.

Podemos observar na teoria que um computador trabalha baseado na incerteza do quantum. Sempre que se chega ao nível das partículas individuais, nada é certo (um elétron pode girar para um lado ou para o outro, podendo também existir como uma mistura de spins). Num certo sentido o elétron seria indeciso, com isso cada bit de informação quântica poderia ser incerto. Esses qubits poderiam existir simultaneamente como uma combinação de todos os números de dois bits possíveis quando se têm dois qubits. Adicionando um terceiro qubit, pode-se ter a combinação de todos os números de três bits possíveis.

A ideia é que os elétrons sejam utilizados como um qubit. Os elétrons funcionam como um pequeno ímã e reagem a um campo magnético, é alinhado ao campo, isso é chamado de “spin”. É o Spin que permite que este elétron gire para um lado ou para o outro de forma rápida.

Para entendermos melhor enquanto a base binária soma a informação de cada bit, uma sobreposição de qubits resulta na multiplicação de suas possibilidades exponencialmente.

Segue abaixo uma imagem comparativa entre bits e qubit:

Abaixo a imagem de um processador quântico:

Os qubits precisam se comportar como supercondutores para que a superposição aconteça. Até agora, a única forma viável que encontraram para alcançar isso foi construindo os qubits usando um metal raro chamado nióbio e baixando a temperatura do aparato até -272.98 graus Célsius, que chega próximo ao zero absoluto.

Na imagem acima podemos ver que existem os “couplers” (ou “combinadores”) logo ao lado dos qubits. Seu objetivo é interconectar os qubits e forçar a combinação daqueles que estão com dois valores iguais (0-0, 1-1) ou valores opostos (1-0, 0-1), dependendo do propósito para o qual o processador está programado.

E por último, temos as memórias magnéticas programáveis, ou “PMM”. Esses circuitos ficam nos arredores dos qubits e couplers e agem como endereçadores. A PMM também atua como uma interface de programação que permite manipular o estado dos qubits.

Evolução

Para conseguimos demonstrar neste trabalho a forma como a computação Quântica evoluiu precisamos primeiro dissertar aqui o seu início.

Em 1959 o cientista Richard Feynman propôs a nanotecnologia e em 1981 começou-se a propagação