Computação e Física unidas: os Computadores Quânticos.

Por Vinícius Henrique de Paula - 31/12/2019

  Em 1946, foi anunciada a criação do primeiro computador do mundo: o ENIAC. Porém, de lá para cá, muita coisa mudou. A computação evoluiu muito, e problemas que antes eram impossíveis de serem resolvidos, agora são possíveis graças a junção entre a Computação e a Física, os chamados Computadores Quânticos. Não só isso, os computadores quânticos prometem muito revolucionar o mundo que conhecemos.

Sycamore, o computador da Google (Imagem: Eric Lucero/Google, Inc.)

  Desde o início da computação, existe uma dualidade lógica que é interpretada pelos computadores: 0 para falso, 1 para verdade. Esse mar de zeros e uns, que são chamados de bits, traduzem tudo que você vê em seu computador, sejam fotos, vídeos ou textos. Graças a isso, desde o ENIAC até os dias atuais, inúmeras tarefas antes impossíveis ou que demandariam muito tempo para serem realizadas pelos humanos foram feitas, e com velocidade muito superior à velocidade humana, e são feitas até hoje nos computadores e celulares. Mas, ainda existem tarefas que até os computadores mais potentes não são capazes de realizar, ou demorarão muito tempo, pois não tem poder suficiente para isso. Para isso, os computadores quânticos foram criados.

  Computadores quânticos são responsáveis por manipular informações armazenadas em sistemas quânticos, que são sistemas muito pequenos, do tamanho de moléculas, por exemplo. Spin de elétrons (campo magnético dos elétrons), níveis de energia de átomos e a polarização dos fótons são exemplos de coisas que um computador quântico pode medir e descobrir. Para isso, esses computadores não utilizam um simples sistema de bit (0 e 1). Eles utilizam os chamados de qubits, ou bits quânticos. É graças a um fenômeno quântico chamado de sobreposição quântica que o qubit surge. Sobreposição quântica é um princípio fundamental da mecânica quântica que afirma que um sitema físico (como um elétron) existe parcialmente em todos os estados teoricamente possíveis ao mesmo tempo antes de ser medido. Enquanto um bit é binário, restrito ao zero e um, um qubit pode representar várias combinações de zero e um ao mesmo tempo. Enquanto na computação clássica o bit é representado por impulsos elétricos ou ópticos, na computação quântica o qubit, na verdade, uma partícula de nível subatômico, como por exemplo, um elétron ou um fóton (partícula de luz)

  O resultado disso é impressionante, e o desempenho do computador quântico é excepcionalmente melhor do que um simples computador. Também é importante dizer que a velocidade de processamento e a capacidade desses computadores estão intimamente relacionadas ao tamanho de seus componentes. No ano de 2017, a empresa de tecnologia norte-americana IBM conseguiu produzir um chip do tamanho de uma unha, com aproximadamente 30 bilhões de transistores de 5 nanômetros, que é 0,000000005 metro.

Transitores de 5 nanômetros da IBM (Imagem: IBM)

  Porém, há um ponto onde não é mais possível diminuir os transistores, que é um dos menores e mais importantes componentes do processador. Quando isso acontece, começamos a lidar com distâncias interatômicas, ou seja, distâncias entre átomos. A partir desse ponto, a Física não é mais tão previsível e começa a se comportar randomicamente, e a Física Quântica começa a entrar em cena.

  Apesar disso, o computador quântico tem suas limitações e é extremamente sensível. Variações de temperatura ou leves vibrações podem alterar ou interromper os cálculos, gerando resultados menos confiáveis. Dessa forma, é necessário que os computadores atuem em temperaturas muito baixas, próximas ao zero absoluto (aproximadamente -273 graus Celsius), usando sistemas de refrigeração com nitrogênio ou hélio líquido. Campos magnéticos externos e ondas eletromagnéticas geradas por dispositivos próximos ao computador podem atrapalhar o comportamento quântico das partículas, alterando também os resultados. Por isso podemos dizer que os computadores quânticos são uma grande promessa, mas ainda precisa ser muito aperfeiçoado.

Recentemente, o computador quântico da Google, o Sycamore, quase alcançou supremacia quântica, que nada mais é que o momento em que um computador quântico realiza uma tarefa que nenhum outro computador clássico era capaz de realizar antes. O computador foi capaz de realizar uma conta que antes demoraria 10.000 anos para que pudesse terminar. Sycamore, por sua vez, fez a conta em incríveis 200 segundos. Esse feito demonstra todo o poder dos computadores quânticos, e também a aposta das empresas nessa tecnologia. Empresas como a Airbus também apostaram nos computadores quânticos. A companhia pode, através do poder dos computadores, simular qual é a melhor trajetória de decolagem e pouso para economizar combustível. Porém, isso demonstra que não é qualquer pessoa que poderá ter um computador quântico em sua casa para jogar os jogos da nova geração. Até mesmo órgãos governamentais de defesa podem apostar na tecnologia, visto que não há ainda qualquer tipo de criptografia que resista a um computador quântico operando em plena capacidade.

Imagem usadaImage by Pete Linforth from Pixabay

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