Série de avanços na computação quântica
Um computador comum, que agora é conhecido como computador clássico ou tradicional, trabalha com o conceito básico de 0s e 1s (zeros e uns). Quando pedimos o computador para fazer uma tarefa para nós, por exemplo, um cálculo matemático ou marcação de um compromisso ou qualquer coisa relacionada à vida cotidiana, essa tarefa em um determinado momento é convertida (ou traduzida) em uma sequência de 0s e 1s (que é então chamada de entrada), essa entrada é processada por um algoritmo (definido como um conjunto de regras a serem seguidas para concluir uma tarefa em um computador). Após este processamento, uma nova string de 0s e 1s é retornada (chamada de saída), e isso codifica para o resultado esperado e é traduzido de volta em informações mais fáceis de usar como uma "resposta" ao que o usuário queria que o computador fizesse . É fascinante que não importa o quão inteligente ou inteligente o algoritmo possa parecer e qualquer que seja o nível de dificuldade da tarefa, um algoritmo de computador faz apenas uma coisa - manipular sequência de bits - onde cada bit é 0 ou 1. O a manipulação acontece no computador (na extremidade do software) e no nível da máquina é representada por circuitos elétricos (na placa-mãe do computador). Na terminologia do hardware, quando a corrente passa por esses circuitos elétricos, ele é fechado e aberto quando não há corrente.
Computador clássico Vs Quantum
Portanto, em computadores clássicos, um bit é uma única informação que pode existir em dois estados possíveis - 0 ou 1. No entanto, se falarmos sobre quantum computadores, eles geralmente usam bits quânticos (também chamados de 'qubits'). Esses são sistemas quânticos com dois estados, no entanto, ao contrário do bit usual (armazenado como 0 ou 1), os qubits podem armazenar muito mais informações e podem existir em qualquer suposição desses valores. Para explicar melhor, um qubit pode ser pensado como uma esfera imaginária, onde qubit pode ser qualquer ponto da esfera. Pode-se dizer que a computação quântica tira proveito da capacidade das partículas subatômicas de existirem em mais de um estado a qualquer momento e ainda serem mutuamente exclusivas. Por outro lado, um bit clássico só pode estar em dois estados - exemplo no final de dois pólos da esfera. Na vida cotidiana, não somos capazes de ver essa 'superposição' porque, uma vez que um sistema é visto em sua totalidade, essas superposições desaparecem e é por isso que o entendimento de tais superposições não é claro.
O que isto significa para os computadores é que os computadores quânticos que usam qubits podem armazenar uma enorme quantidade de informações usando menos energia do que um computador clássico e, portanto, operações ou cálculos podem ser feitos relativamente mais rápido em um computador quântico. Portanto, um computador clássico pode receber 0 ou 1, dois bits neste computador podem estar em quatro estados possíveis (00, 01, 10 ou 11), mas apenas um estado é representado em um determinado momento. Um computador quântico, por outro lado, trabalha com partículas que podem estar em superposição, permitindo que dois qubits representem exatamente os mesmos quatro estados ao mesmo tempo devido à propriedade de superposição, liberando os computadores da “restrição binária”. Isto pode ser equivalente a quatro computadores funcionando simultaneamente e se adicionarmos esses qubits, o poder do computador quântico cresce exponencialmente. Os computadores quânticos também tiram vantagem de outra propriedade da física quântica chamada 'emaranhamento quântico', definida por Albert Einstein. O emaranhamento é uma propriedade que permite que partículas quânticas se conectem e se comuniquem independentemente de sua localização no universo de modo que a mudança do estado de um pode afetar instantaneamente o outro. As capacidades duplas de “superposição” e “emaranhamento” são bastante poderosas em princípio. Portanto, o que um computador quântico pode alcançar é inimaginável quando comparado aos computadores clássicos. Tudo isso parece muito emocionante e direto, no entanto, há problemas neste cenário. Um computador quântico, se usar qubits (bits sobrepostos) como entrada, sua saída também estará em um estado quântico, ou seja, uma saída com bits sobrepostos que também podem continuar mudando dependendo do estado em que se encontra. Isso realmente nos permite receber todas as informações e, portanto, o maior desafio na arte da computação quântica é encontrar maneiras de obter o máximo de informações dessa produção quântica.
O computador quântico estará aqui!
Os computadores quânticos podem ser definidos como máquinas poderosas, baseadas nos princípios da mecânica quântica que adotam uma abordagem completamente nova para o processamento de informações. Eles procuram explorar leis complexas da natureza que sempre existiram, mas que geralmente permaneceram ocultas. Se tais fenómenos naturais puderem ser explorados, a computação quântica poderá executar novos tipos de algoritmos para processar informações, o que poderá levar a avanços inovadores na ciência dos materiais, na descoberta de medicamentos, na robótica e na inteligência artificial. A ideia de um computador quântico foi proposta pelo físico teórico americano Richard Feynman em 1982. E hoje, empresas de tecnologia (como IBM, Microsoft, Google, Intel) e instituições acadêmicas (como MIT e Universidade de Princeton) estão trabalhando em computação quântica. protótipos de computador para criar um computador quântico convencional. A International Business Machines Corp. (IBM) disse recentemente que seus cientistas construíram uma poderosa plataforma de computação quântica e ela pode ser disponibilizada para acesso, mas observou que não é suficiente para executar a maioria das tarefas. Eles dizem que um protótipo de 50 qubits que está sendo desenvolvido atualmente pode resolver muitos problemas que os computadores clássicos resolvem hoje e, no futuro, computadores de 50 a 100 qubits preencheriam amplamente a lacuna, ou seja, um computador quântico com apenas algumas centenas de qubits seria capaz de realizar mais cálculos simultaneamente do que há átomos no conhecido universo. Falando realisticamente, o caminho até que um computador quântico possa realmente superar um computador clássico em tarefas difíceis está repleto de dificuldades e desafios. Recentemente a Intel declarou que o novo computador quântico de 49 qubits da empresa representava um passo em direção a essa “supremacia quântica”, num grande avanço para a empresa que havia demonstrado um sistema qubit de 17 bits há apenas 2 meses. A sua prioridade é continuar a expandir o projeto, com base no entendimento de que a expansão do número de qubits é a chave para a criação de computadores quânticos que possam fornecer resultados no mundo real.
O material é a chave para construir um computador quântico
O silício material tem sido parte integrante da computação por décadas porque seu conjunto principal de recursos o torna adequado para a computação geral (ou clássica). No entanto, no que diz respeito à computação quântica, as soluções baseadas em silício não foram adotadas principalmente por dois motivos: em primeiro lugar, é difícil controlar qubits fabricados em silício e, em segundo lugar, ainda não está claro se os qubits de silício podem escalar tão bem quanto outros soluções. Em um grande avanço, a Intel desenvolveu recentemente1 um novo tipo de qubit conhecido como 'spin qubit' que é produzido em silício convencional. Os qubits de spin se parecem muito com a eletrônica de semicondutores e fornecem sua potência quântica ao alavancar o spin de um único elétron em um dispositivo de silício e controlar o movimento com pequenos pulsos de micro-ondas. Duas vantagens principais que levaram a Intel a se mover nessa direção são: em primeiro lugar, a Intel, como empresa, já está fortemente investida na indústria de silício e, portanto, tem a experiência certa em silício. Em segundo lugar, os qubits de silício são mais benéficos porque são menores do que os qubits convencionais e espera-se que eles mantenham coerência por um período de tempo mais longo. Isso é de extrema importância quando os sistemas de computação quântica precisam ser aumentados (por exemplo, indo de 100 qubit para 200 qubit). A Intel está testando este protótipo e a empresa espera produzir chips com milhares de pequenos arrays qubit e tal produção, quando feita em massa, pode ser muito boa para aumentar a escala dos computadores quânticos e pode ser um verdadeiro trocador de jogos.
Em uma pesquisa recente publicada em Ciência, um novo padrão projetado para cristais fotônicos (ou seja, um design de cristal implementado em um chip fotônico) foi desenvolvido por uma equipe da Universidade de Maryland, EUA, que afirmam que tornará os computadores quânticos mais acessíveis2. Esses fótons são a menor quantidade de luz conhecida e esses cristais foram entrincheirados com buracos que fazem com que a luz interaja. Diferentes padrões de orifícios mudam a maneira como a luz se curva e ricocheteia através do cristal e aqui milhares de orifícios triangulares foram feitos. Esse uso de fótons únicos é importante para o processo de criação de computadores quânticos porque os computadores terão a capacidade de calcular grandes números e reações químicas que os computadores atuais não são capazes de fazer. O design do chip permite que a transferência de fótons entre computadores quânticos ocorra sem perdas. Essa perda também tem sido vista como um grande desafio para os computadores quânticos e, portanto, esse chip cuida do problema e permite o encaminhamento eficiente de quantum informações de um sistema para outro.
promissor
Os computadores quânticos prometem executar cálculos muito além de qualquer supercomputador convencional. Eles têm o potencial de revolucionar a descoberta de novos materiais, tornando possível simular o comportamento da matéria até o nível atômico. Também cria esperança para a inteligência artificial e robótica, processando dados de forma mais rápida e eficiente. Entregar um sistema de computação quântica comercialmente viável poderia ser feito por qualquer uma das principais organizações nos próximos anos, uma vez que essa pesquisa ainda está em aberto e é um jogo justo para todos. Grandes anúncios são esperados nos próximos cinco a sete anos e, idealmente, falando com a série de avanços que estão sendo feitos, os problemas de engenharia devem ser resolvidos e um computador quântico de 1 milhão ou mais qubits deve ser uma realidade.
***
{Você pode ler o artigo de pesquisa original clicando no link DOI fornecido abaixo na lista de fontes citadas}
Fontes)
1. Castelvecchi D. 2018. O silício ganha terreno na corrida da computação quântica. Natureza. 553 (7687). https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3
2. Sabyasachi B. et al. 2018. Uma interface de óptica quântica topológica. Ciência. 359 (6376). https://doi.org/10.1126/science.aaq0327
