Computação Quântica

A computação quântica é a ciência que estuda as aplicações das teorias e propriedades da mecânica quântica na Computação e seu principal foco é o desenvolvimento do computador quântico.

Na computação clássica o computador é baseado na arquitetura de Von Neumann que faz uma distinção clara entre elementos de processamento e armazenamento de dados, isto é, possui processador e memória separados por um barramento de comunicação, sendo seu processamento sequencial.

Os computadores atuais possuem limitações, como por exemplo na área de Inteligência Artificial, onde não existem computadores com potência ou velocidade de processamento suficiente para suportar uma IA avançada. Dessa forma surgiu a necessidade da criação de um computador diferente dos usuais que resolvesse problemas de IA, ou outros como a fatoração de números primos muito grandes, logaritmos discretos e simulação de problemas da Física Quântica.

Lei de Moore

A Lei de Moore afirma que a velocidade de um computador é dobrada a cada 18 meses. Assim sempre houve um crescimento constante na velocidade de processamento dos computadores. Porém essa evolução pode atingir um certo limite, um ponto onde não será possível aumentar essa velocidade se não houver uma revolução na computação. E assim os estudos em Computação Quântica se tornaram muito importantes e a necessidade do desenvolvimento de uma máquina extremamente eficiente se torna maior a cada dia.

Como Funciona

A Mecânica Quântica é considerada a mais bem sucedida teoria física. Pois desde a sua criação até os dias atuais, ela tem sido aplicada em diversos ramos, desde a física de partículas, atômica e molecular até a astrofísica e matéria condensada.

Na computação quântica a unidade de informação básica é o Bit quântico ou q-bit. O fato da computação quântica ser tão poderosa está no fato de que além de assumir '0' ou '1' como na computação clássica, ela pode assumir ambos os estados '0' e '1' ao mesmo tempo. É graças à essa propriedade da superposição de estados que motivou os estudos em computação quântica. Se na computação clássica o processamento é sequencial, na computação quântica o processamento é simultâneo.

Para a manipulação dos estados quânticos utiliza-se principalmente radiação eletromagnética. Estes dispositivos constituem-se as portas lógicas quânticas. A manipulação pode ser realizada utilizando átomos que podem ser excitados ao mesmo tempo. Outro dispositivo utilizado é a manipulação de fótons, a vantagem em utilizá-los está no fato de que esses fótons portão informações quânticas estavelmente. Entretanto fótons não interagem diretamente entre si, sendo necessário o uso de um átomo como mediador.

Para armazenar os q-bits são utilizados armadilhas de íons, onde um pequeno número de átomos carregados são aprisionados, e armadilhas de átomos neutros para aprisionar átomos sem carga.

Outra classe de processamento de informação quântica é baseada na ressonância magnética nuclear. Neste caso a informação quântica é armazenada nos spins nucleares dos átomos em moléculas e as portas lógicas manipulam essa informação usando a radiação eletromagnética. Um pósitron ou elétron podem ter um spin pra cima, pra baixo e os dois ao mesmo tempo. Os momentos magnéticos nucleares fazem um movimento natural de precessão na presença de campos magnéticos. Os estados quânticos dos núcleos podem ser manipulados irradiando os núcleos com pulsos de rádio frequência sintonizados na frequência de precessão destes. Em um determinado composto constituído por diferentes átomos pode-se medir as ressonâncias dos núcleos de alguns átomos sem alterá-los utilizando a RMN. Ela é sensível às interações dos momentos nucleares expostos à campos elétricos e magnéticos locais, estas interações são chamadas de hiperfinas. Cada tipo de spin possui uma velocidade angular que depende do campo aplicado e da interação de troca entre eles.

Nos Dias de Hoje

Ainda não existe hoje um computador inteiramente quântico funcionando totalmente. Porém, empresas como a canadense "D-Wave", entre outras tem feito promessas, que se forem cumpridas, anunciarão um novo horizonte para a realidade e o mercado de computadores domésticos, científicos e corporativos.

Muitos protótipos de computadores quânticos já foram testados em laboratórios de todo o mundo, porém o seu desenvolvimento em larga escala ainda pode estar distante. E dependente de muitas pesquisas e investimentos.

No Brasil há diversos núcleos de pesquisas na área da computação quântica. Há um grupo no LNCC (Laboratório Nacional de Computação Científica) formado por orientandos de projetos de iniciação científica, mestrado e doutorado. Além de grupos pertencentes as instituições de ensino superiores, com destaque para universidades do Rio de Janeiro e da Paraíba.

Os grupos do Brasil ligados a hardware quântico costumam desenvolver apenas pequenos protótipos, mas cooperam com os grandes pesquisadores estrangeiros da área.

As dificuldades de se criar um computador quântico reside no fato de que os processos computacionais passam a ser no universo atômico, que carece de tecnologias de manipulação ainda. Um dos principais problemas, por exemplo, é a alta taxa de erros causada pelo meio ambiente, devido a extrema sensibilidade da tecnologia.