[CURSOS][bsummary]
[ANDROID][bleft]

O que é computação quântica e como funciona?

O que é computação quântica e como funciona?

Não é fácil localizar com precisão o momento exato em que a computação quântica começou a fazer barulho além dos campos acadêmicos e de pesquisa. Talvez o mais razoável seja aceitar que esse desenvolvimento começou a ser conhecido pelo público em geral cerca de duas décadas atrás, um período durante o qual os computadores clássicos experimentaram um desenvolvimento muito notável.
Mas, há cientistas que defendem com certa intensidade que a computação quântica a que aspiramos é impossível, como Gil Kalai, um matemático israelense que leciona na Universidade de Yale, a verdade é que ele avançou muito nos últimos anos.
Do lado de fora, pode parecer uma “promessa eterna”, mas os avanços que estamos testemunhando, como a construção do primeiro protótipo funcional de 50 bits da IBM, nos convidam a ser honestamente positivos. Sim, os desafios enfrentados por matemáticos, físicos e engenheiros são quase grandes, mas isso torna esse desenvolvimento ainda mais emocionante.

Computação quântica: o que é e como funciona?

A computação quântica é considerada complicada e, portanto, difícil de entender, e é verdade que, se nos aprofundarmos o suficiente nela, a computação quântica se torna muito complexa. A razão é que seus fundamentos são baseados em princípios da física quântica que não são de todo naturais porque seus efeitos não podem ser observados no mundo macroscópico em que vivemos.
O primeiro conceito que queremos saber é que é o cubo ou qubit, que nada mais é do que a contração das palavras. E para entender o que é um qubit, é bom revisarmos anteriormente o que é um pouco na computação clássica.
Nos computadores que atualmente usamos um pouco, é a unidade mínima de informação. Cada um deles pode adotar a qualquer momento um dos dois valores possíveis: 0 ou 1. Mas com um único bit, dificilmente podemos fazer qualquer coisa, por isso é necessário agrupá-los em conjuntos de 8 bits conhecidos como bytes ou octetos. Por outro lado, os bytes podem ser agrupados em “palavras”, que podem ter um comprimento de 8 bits (1 byte), 16 bits (2 bytes), 32 bits (4 bytes) e assim por diante.
Se fizermos o cálculo simples sobre o qual acabamos de falar, verificaremos que com um conjunto de dois bits podemos codificar quatro valores diferentes (2 2 = 4), que seriam 00, 01, 10 e 11. Com três bits nossas opções são aumentadas para oito valores possíveis (2 3 = 8). Com quatro bits, obteremos dezesseis valores (2 4 = 16) e assim por diante.
Naturalmente, um conjunto de bits só pode adotar um único valor ou estado interno em um determinado momento. É uma restrição absolutamente razoável que parece ter uma clara reflexão no mundo que observamos, pois uma coisa não pode ter ambas as propriedades simultaneamente.
Este princípio óbvio e básico, curiosamente, não ocorre na computação quântica e os qubits, que são a unidade mínima de informação nesta disciplina, ao contrário dos bits não terem um único valor em um dado momento; o que eles têm é uma combinação dos estados zero e um simultaneamente.
Basicamente, a física que explica como o estado quântico de um qubit é codificado é complexa. Não é necessário ir mais fundo nesta parte para continuar com o artigo, mas é interessante que sabemos que o estado quântico está associado a características como o spin de um elétron, que é uma propriedade essencial das partículas elementares, assim como a carga elétrica, derivada de seu momento de rotação angular.
Essas idéias não são intuitivas, mas têm sua origem em um dos princípios fundamentais da mecânica quântica, conhecido como o princípio da superposição de estados. E é essencial porque explica em grande parte o enorme potencial que os processadores quânticos têm.
Em um computador clássico, a quantidade de informação que podemos codificar em um estado particular usando N Bits, que tem tamanho N, mas em um processador quântico de N qubits, um estado particular da máquina é uma combinação de todas as coleções possíveis de N uns e zeros.
Cada uma dessas coleções possíveis tem uma probabilidade que indica, de alguma forma, quanto dessa coleção particular está no estado interno da máquina, que é determinado pela combinação de todas as coleções possíveis em uma proporção específica indicada pela probabilidade de cada uma delas. deles.
Como você pode ver, essa idéia é um tanto complexa, mas podemos entendê-la se aceitarmos o princípio da superposição quântica e a possibilidade de que o estado de um objeto seja o resultado da ocorrência simultânea de várias opções com uma probabilidade diferente.
Uma consequência muito importante dessa propriedade dos computadores quânticos é que a quantidade de informação que contém um estado particular da máquina tem tamanho 2n, e não n, como nos computadores clássicos. Essa diferença é essencial e explica o potencial da computação quântica, mas também pode nos ajudar a entender sua complexidade.
Se, em um computador clássico, passarmos de trabalhar com n bits para fazer com n + 1 bits, estaremos aumentando as informações que armazenam o estado interno da máquina em um único bit. Entretanto, se em um computador quântico nós formos trabalhando com n qubits para fazer com n + 1 qubits, estaremos duplicando a informação que armazena o estado interno da máquina, que irá de 2 n para 2 n + 1. Este significa, simplesmente, que o aumento da capacidade de um computador clássico à medida que introduzimos mais bits é linear, enquanto no caso de um computador quântico, como aumentamos o número de qubits é exponencial.
Nós já sabemos que bit e qubit são as unidades mínimas de informação que computadores clássicos e quânticos manipulam. Os elementos que nos permitem operar com bits em computadores clássicos são as portas lógicas, que implementam as operações lógicas da Álgebra Booleana.
Este último é uma estrutura algébrica projetada para trabalhar em expressões da lógica proposicional, que tem a peculiaridade de que eles só podem adotar um dos dois valores possíveis, verdadeiro ou falso, portanto esta álgebra também é perfeita para realizar operações em sistemas binários digitais, que, portanto, também pode ser adotado em um determinado momento, apenas um dos dois valores possíveis “0 ou 1”.
A operação lógica E implementa o produto, a operação OR, a soma e a operação NOT invertem o resultado das outras duas, com as quais ele pode ser combinado para implementar as operações NAND e NOR.
Estes, juntamente com a operação de adição exclusiva (XOR) e sua negação (XNOR) são as operações lógicas básicas com as quais os computadores que todos usamos atualmente trabalham em um nível baixo. E com eles, eles são capazes de resolver todas as tarefas que realizamos.
Podemos navegar na Internet, escrever textos, ouvir música e jogar, entre muitas outras possíveis aplicações, graças ao fato de que o microprocessador do nosso computador é capaz de realizar essas operações lógicas. Cada um deles nos permite modificar o estado interno da CPU para que possamos definir um algoritmo como uma seqüência de operações lógicas que modificam o estado interno do processador até atingir o valor oferecido pela solução para um determinado problema.
Um computador quântico só será útil se nos permitir realizar operações com os qubits, que, como vimos, são as unidades de informação que ele manipula. Nosso objetivo é usá-los para resolver problemas, e o procedimento para alcançá-lo é essencialmente o mesmo que descrevemos quando falamos sobre computadores convencionais, só que, neste caso, as portas lógicas serão portas lógicas quânticas projetadas para realizar operações lógicas quânticas.
Além disso, todos nós sabemos que as operações lógicas realizadas pelos microprocessadores dos computadores clássicos são AND, OR, XOR, NOT, NAND, NOR e XNOR, e com elas, eles são capazes de realizar todas as tarefas que fazemos com um computador hoje em dia, como dissemos anteriormente.
Enquanto os computadores quânticos não são muito diferentes, mas ao invés de usar essas portas lógicas eles usam as portas lógicas quânticas que nós conseguimos implementar no momento, que são CNOT, Pauli, Hadamard, Toffoli ou SWAP, entre outros.
Então, o que você pensa sobre isso? Basta compartilhar todos os seus pontos de vista e pensamentos na seção de comentários abaixo. E se você gostou deste post então simplesmente não se esqueça de compartilhar este post com seus amigos e familiares.

0 comentários via Blogger
comentários via Facebook

Nenhum comentário :