Como é que um computador quântico funciona?

Você provavelmente já viu algumas pessoas – incluindo nós – falando sobre computadores quânticos há algum tempo. Mas isso não significa necessariamente que você sabe como eles funcionam. Felizmente, este vídeo aqui pode ajudar.

Ele vai do básico, explicando como um bit quântico – o qubit – pode carregar mais informações do que um bit normal, e como usar isso para chegar a uma enorme potência computacional.

Tudo isso se baseia na física quântica: ela explica o comportamento de partículas menores do que átomos, que não funcionam exatamente do jeito que você aprendeu na escola.

Dois valores ao mesmo tempo

Ela se baseia em alguns princípios quase anti-intuitivos, que desafiam a mente. Por exemplo, a sobreposição quântica: uma partícula pode assumir dois estados diferentes ao mesmo tempo. Você não pode se virar simultaneamente para dois lados opostos – mas um elétron, por exemplo, sim.

Este é o conceito básico da computação quântica. O computador – ou tablet ou smartphone – que você está usando agora faz operações usando bits clássicos, que assumem os valores 0 ou 1. Um computador quântico, por sua vez, usa qubits que podem assumir os valores 0 e 1 ao mesmo tempo. É por isso que eles prometem ser mais potentes que os computadores tradicionais.

É algo que o cérebro tem dificuldade em compreender. Como dois valores diferentes podem ocupar o mesmo espaço? Porque na mecânica quântica, isso não é impossível. Na verdade, este é um dos seus princípios básicos: as partículas existem em todos os seus estados ao mesmo tempo. (Porém, quando medidas ou observadas, você só encontrará um dos estados – já conhece o gato de Schrödinger?)

Tudo isso é chocante, eu sei. Mas como isso pode ser aplicado na computação?

Qubits e computação quântica

Certas partículas subatômicas, como o elétron, podem ser usadas como um bit quântico. Todo elétron funciona como um pequeno ímã, e reage a um campo magnético: ele se alinha ao campo, como se fosse a agulha de uma bússola. Essa propriedade se chama “spin”.

Se ele segue a direção do campo, ele tem “spin down”; se ele segue a direção oposta; ele tem “spin up”. Estes são basicamente os valores 0 e 1 da computação tradicional. Mas, como você agora sabe, o elétron pode assumir os estados “spin down” e “spin up” – ou seja, 0 e 1 – ao mesmo tempo.

Não se trata de um valor entre 0 e 1, nem do número binário 01 ou 10: ele é zero E um, simultaneamente.

Andrea Morello, professor da University of New South Wales (Austrália), explica no vídeo que isso permite aos qubits armazenar mais informação. Para determinar um sistema com 2 qubits, você precisa de 4 coeficientes. Ou seja, ele consegue conter 4 bits tradicionais de informação. Como regra geral, N qubits conseguem conter 2^N bits de informação.

Quântico nem sempre é melhor

Sistemas quânticos contêm mais informação, e reduzem o número de operações para se chegar a um resultado. Por isso, explica Morello, computadores quânticos permitem resolver, de forma eficiente, alguns problemas que na computação clássica levariam um tempo impraticável.

No entanto, Morello lembra que eles só serão mais rápidos para certos tipos de cálculo, onde é necessário realizar um grande número de operações para se chegar ao resultado. Para tarefas básicas, como assistir a um vídeo ou navegar na internet, a computação quântica na verdade pode ser mais lenta:

Você não deve pensar no computador quântico como algo onde cada operação é mais rápida. Na verdade, cada operação provavelmente será mais lenta que no seu computador. O avanço não está na velocidade das operações individuais; está no número total de operações de que você precisa para chegar ao resultado.

Esta, acredite, é uma explicação bem básica do que se passa por dentro de um computador quântico. Parece loucura, mas funciona: ele já ganha disputas contra PCs convencionais. E se até Google e NASA apostam na computação quântica, é porque há algo de promissor aí.

Mas se você achou terrivelmente complicado, fique tranquilo: talvez você não saiba exatamente como funciona seu computador/smartphone/tablet por dentro, mas isso não impede você de usá-lo, certo?

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