Computadores Quânticos Explicados – Limites da Tecnologia Humana

Durante a maior parte da nossa história, a tecnologia humana consistiu nos nossos cérebros, fogo e paus afiados.

Enquanto o fogo e os paus afiados se tornaram centrais elétricas e armas nucleares, a maior atualização aconteceu nos nossos cérebros.

Desde a década de 1960, o poder das nossas máquinas cerebrais tem crescido exponencialmente, permitindo que os computadores se tornem mais pequenos e mais poderosos ao mesmo tempo.

Mas este processo está prestes a atingir os seus limites físicos. As peças dos computadores estão a aproximar-se do tamanho de um átomo.

Para entender porque é que isto é um problema, temos de esclarecer alguns conceitos básicos.

Em poucas palavras.

Um computador é feito de componentes muito simples que fazem coisas muito simples: representar dados, os meios para os processar e mecanismos de controlo.

Os chips de computador contêm módulos, que contêm portas lógicas, que contêm transístores.

Um transístor é a forma mais simples de um processador de dados em computadores, basicamente um interruptor que pode bloquear ou abrir o caminho para a informação que passa.

Esta informação é composta por bits, que podem ser definidos como 0 ou 1.

Combinações de vários bits são usadas para representar informações mais complexas.

Os transístores são combinados para criar portas lógicas, que ainda fazem coisas muito simples.

Por exemplo, uma porta E envia uma saída de 1 se todas as suas entradas forem 1, e uma saída de 0 caso contrário.

Combinações de portas lógicas finalmente formam módulos significativos, por exemplo para somar dois números.

Uma vez que se pode somar, também se pode multiplicar, e uma vez que se pode multiplicar, pode-se basicamente fazer qualquer coisa.

Uma vez que todas as operações básicas são literalmente mais simples do que a matemática do primeiro ano, pode-se imaginar um computador como um grupo de crianças de sete anos a responder a perguntas de matemática muito básicas.

Um grupo grande o suficiente deles poderia calcular qualquer coisa, desde astrofísica até Zelda.

No entanto, com as peças a ficarem cada vez mais pequenas, a física quântica está a tornar as coisas complicadas.

Em poucas palavras, um transístor é apenas um interruptor elétrico. Eletricidade são eletrões a moverem-se de um lugar para outro, então um interruptor é uma passagem que pode bloquear os eletrões de se moverem numa direção.

Hoje, uma escala típica para transístores é de 14 nanómetros, o que é cerca de oito vezes menor do que o diâmetro do vírus HIV e 500 vezes menor do que um glóbulo vermelho.

À medida que os transístores estão a encolher para o tamanho de apenas alguns átomos, os eletrões podem simplesmente transferir-se para o outro lado de uma passagem bloqueada através de um processo chamado tunelamento quântico.

No reino quântico, a física funciona de forma bastante diferente das formas previsíveis a que estamos habituados, e os computadores tradicionais simplesmente deixam de fazer sentido.

Estamos a aproximar-nos de uma verdadeira barreira física para o nosso progresso tecnológico.

Este número cresce exponencialmente com cada qubit extra.

Para resolver este problema, os cientistas estão a tentar usar estas propriedades quânticas incomuns a seu favor, construindo computadores quânticos.

Vinte deles já podem armazenar um milhão de valores em paralelo.

Uma propriedade realmente estranha e contraintuitiva que os qubits podem ter é o emaranhamento,

uma ligação próxima que faz com que cada um dos qubits reaja a uma mudança no estado do outro instantaneamente,

não importa a distância entre eles.

Isto significa que, ao medir apenas um qubit emaranhado, pode deduzir diretamente as propriedades dos seus parceiros sem ter de olhar.

A manipulação de qubits também é um quebra-cabeças.

Uma porta lógica normal recebe um conjunto simples de entradas e produz uma saída definida.