Imagine um computador que opera quase tão rápido quanto o corpo humano e armazena todos os seus dados, como os humanos, nas fitas de DNA. Isso não é ficção científica - é muito mais um fato científico - como os cientistas demonstraram recentemente como salvar dados no DNA. Só nos últimos dois anos, os chips de processamento de computador quântico fizeram grandes avanços no mundo tecnológico com processadores maiores e melhores construídos e em uso experimental.
Leis da Mecânica Quântica e Computadores
A mecânica quântica fornece as leis subjacentes e a base para a construção de computadores quânticos. Este é o campo da ciência que descreve como as partículas subatômicas se comportam e interagem, e inclui leis, teorias e princípios da física quântica que descrevem como essas interações alucinantes ocorrem no campo da Informática.
Essas teorias e leis incluem quantização de energia, pacotes de energia definidos como quânticos; a existência simultânea de partículas como onda e partículas conhecidas como dualidade onda-partícula; O princípio da incerteza de Heisenberg, que diz que a medição colapsa a partícula subatômica em um de seus dois estados potenciais; e o princípio de correspondência, desenvolvido pelo físico Niels Bohr, que postulou que qualquer nova teoria também deve ser aplicada a fenômenos convencionais na física antiga também, não apenas descrevem o comportamento de partículas e ondas em um nível atômico em novos teorias.
Como funcionam os computadores quânticos
Na computação padrão, os computadores funcionam processando bits de informação digitalmente em um de dois valores: zero e um, que representam um estado ligado ou desligado. Embora as velocidades dos computadores tenham aumentado exponencialmente desde os primeiros dias dos computadores pessoais no final dos anos 80 e início dos anos 90, estes e até supercomputadores usados pelos militares, laboratórios de pesquisa e faculdades ainda têm limites quanto à rapidez com que concluem matemáticas complexas equações. Algumas equações levam anos para até mesmo os supercomputadores funcionarem, devido ao tamanho de algumas das equações matemáticas.
Não é assim com um computador quântico, construído sobre a ideia de bits quânticos, conhecidos como qubits, já que esses dados podem existir em vários estados 0 e 1 ao mesmo tempo. Quanto mais qubits em um computador quântico, mais estados potenciais ele permite - e os cálculos de dados mais rápidos podem ocorrer. Por causa do emaranhamento quântico, o que Einstein chamou de "ação fantasmagórica à distância", os qubits podem operar com grandes distâncias entre eles sem a necessidade de fios. E por causa disso, o que acontece com uma partícula, acontece com a outra simultaneamente.
O que os computadores quânticos fazem
Os computadores quânticos operam tão rápido que podem quebrar quase todos os métodos de criptografia em uso hoje, incluindo transações bancárias e outros métodos de segurança cibernética. Nas mãos de pessoas com más intenções, um computador quântico causaria muitos danos e poderia colocar o mundo de joelhos tecnológicos.
Mas nas mãos de pessoas com as intenções certas, os computadores quânticos irão desenvolver capacidades de inteligência artificial diferentes de tudo o que foi visto até hoje. Por exemplo, você pode carregar a tabela periódica e as leis da mecânica quântica no computador para projetar células solares mais eficientes. Os computadores quânticos podem levar a processos de fabricação ajustados e otimizados, melhorar baterias de carros elétricos, computar algoritmos mais rapidamente para dissolver engarrafamentos em rodovias, descobrir os melhores métodos de envio e rotas de viagem e basicamente processar dados em velocidades massivas nunca antes vistas, mesmo nas mais rápidas supercomputadores.
Avanços em computadores quânticos
Os computadores quânticos não oferecem apenas um tipo mais avançado de tecnologia; eles são a base para uma forma totalmente nova de computação totalmente baseada nas leis que sustentam a mecânica quântica. Comparado com um computador padrão equipado com métodos clássicos de computação, um computador quântico faz um computador normal parecer um triciclo em comparação com um carro de corrida super-rápido.
Os desenvolvimentos em processadores qubit ao longo dos anos incluem:
- 1998 A Universidade de Oxford no Reino Unido revelou seu processador de 2 qubit.
- 1998 IBM, UC Berkeley, Stanford University e MIT desenvolvem um processador de 2 qubit.
- 2000 A Universidade Técnica de Munique, Alemanha, criou um processador de 5 qubit.
- 2000 O Laboratório Nacional de Los Alamos, nos EUA, revelou um processador de 7 qubit.
- 2006 Institute for Quantum Computing, Perimeter Institute for Theoretical Physics e MIT criam um processador de 12 qubit.
- 2017 IBM compartilha a notícia de seu processador de 17 qubit.
- 2017 IBM revela seu processador de 50 qubit.
- 2018 O Google compartilha notícias de seu processador de 72 qubit.
Exercitando os Kinks
Embora os computadores quânticos operem rapidamente, no momento eles não têm como armazenar dados porque, de acordo com as regras da mecânica quântica, você não pode duplicar, copiar ou salvar dados no sistema quântico. Engenheiros e cientistas estão pesquisando várias maneiras de armazenar dados quânticos; alguns estão até pensando em armazenar dados em fitas de DNA.
Os cientistas desenvolveram um método em 2017 que armazena cerca de 215 milhões de gigabytes de informações em um único grama de DNA. Os discos rígidos convencionais armazenam dados em duas dimensões, enquanto o DNA oferece três dimensões e maior armazenamento de dados. Se uma maneira de usar o DNA se mostrasse viável, basicamente todo o conhecimento do mundo armazenado no DNA encheria uma única sala ou a traseira de duas caminhonetes convencionais.
O futuro é quântico
Pesquisadores e grandes jogadores em todo o mundo estão lutando para construir o próximo maior processador. A IBM colocou a computação quântica em sua nuvem, tornando-a disponível para quase todos que se inscreverem para participar de seus experimentos.
A Microsoft está em processo de integração da computação quântica em sua plataforma Visual Studio, mas além de anunciar em setembro de 2017 seus planos de basear seus planos no Partícula de Férmions Majorana - uma partícula que existe como sua própria antipartícula e que foi descoberta em 2012 - a Microsoft permanece relativamente silenciosa em sua computação quântica planos.
O Google tem planos de dominar o campo da computação quântica e espera alcançar a "supremacia quântica" construindo um chip que pode superar os supercomputadores de hoje com seus cálculos quânticos.
Independentemente dos avanços feitos na computação quântica, os computadores quânticos não chegarão às mãos do público tão cedo. Computadores quânticos em funcionamento encontrarão seu caminho em laboratórios, think tanks e centros de pesquisa primeiro para ajudar a resolver equações que levariam anos para supercomputadores funcionarem.
Embora muitos pesquisadores prevejam a comercialização de computadores quânticos nos próximos quatro a cinco anos, pode levar alguns anos depois disso e mais antes que os computadores quânticos se tornem a norma para o público.