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A mecânica quântica e a computação quântica

Um apanhado sobre física quântica e computadores quânticos.

10 anos atrás

O LHC tem tudo a ver com Física Quântica.

A mecânica quântica é uma teoria física que estuda os eventos que ocorrem na camada atômica e sub-atômica: entre as moléculas, átomos, elétrons, prótons e de outras partículas subatômicas. Confesso não ter um fascínio pela mecânica quântica "solta" mas, sim, por uma teoria em especial: A Teoria do Tudo (um nome "carinhoso" para Teoria da Grande Unificação). Seu objetivo é nada mais, nada menos, juntar todos os fenômenos físicos (mecânica quântica + relatividade geral) num único tratamento teórico e matemático.

Apesar de pouco conhecida, ela representa um grande avanço para a física e o mundo, já que ela é a base de diversos outros campos da Física e da Química, entre eles Química computacional e Física Nuclear. Inclusive, existe um filme que ajuda a entender (embora alguns apontem que ele cometa vários erros ou que suas teorias são simplesmente baseadas em um espirito...) um pouco da Física Quântica. O nome é What The Fu*k do We Know?!, traduzido para o português como Quem Somos Nós. O problema, na minha opinião, é que na tentativa de juntar física com espiritualidade, eles terminam falando mais da segunda parte, do que da primeira. Num dado momento ele se torna chato, repetitivo e pior: confuso demais. Físicos que lêem o MeioBit, estejam livre para criticar o filme.

Um dos fundamentos da mecânica quântica é o princípio da Incerteza: "Não existe, na mecânica quântica, o conceito de trajetória". O professor titular (aposentado) Henrique Fleming do Instituto de Física da Universidade de São Paulo apresenta um conteúdo bem interessante (em PDF) sobre mecânica e que merece ser lido. E sobre o Princípio da Incerteza de Heisenberg (citado na primeira linha deste parágrafo)? Ele foi formulado em 1927 por Werner Heisenberg e pode ser explicado assim: "O produto da incerteza associada ao valor de uma coordenada xi e a incerteza associada ao seu correspondente momento linear não pode ser inferior, em grandeza, à constante de Planck normalizada". Isso é o que a Wikipédia diz e isso complica um pouco a idéia de deixar esse artigo voltado para um público mais leigo em Física. Um site sobre criptografia quântica dá uma pequena resumida nessa frase monstra falada acima: "Segundo o princípio da incerteza, não é possível conhecer com precisão absoluta a posição ou momento de uma partícula. Isso acontece porque para medir qualquer um desses valores acabamos os alterando, e isso não é uma questão de medição, mas sim de física quântica e da natureza das partículas".

Essa frase citada pelo site da Universidade Federal do Rio de Janeiro sobre Criptografia Quântica, não só ajuda a entender um pouco o assunto, como me ajuda a lembrar de uma cena do filme citado acima em que a personagem principal só de olhar para um objeto, terminava mudando ele de lugar. Era algo como, enquanto a personagem olhava para frente, o objeto assumia diversas posições, quando a personagem olhava para trás, o objeto estava na posição em que ela havia colocado.

Onde está a bola?

Onde está a bola?

Pegando o "gancho" da Criptografia Quântica, podemos falar que a Mecânica Quântica vai ajudar (e muito) a computação atual. Na verdade, ela substituirá usando o conceito de Computação Quântica. Afinal, uma partícula pode estar em dois ou mais estados ao mesmo tempo. Sim, isso tem a ver com a metáfora do gato de Schrödinger em que um gato é colocado em uma caixa, com 50% de chance de estar vivo e 50% de estar morto. A mecânica quântica entende que o gato deve ser considerado morto E vivo ao mesmo tempo, até abrirmos a caixa e verificar. Essa capacidade é chamada superposição.

Os computadores quânticos teriam a capacidade de encontrar todos os fatores primos de um número grande de forma muito rápida. Quem deu o pontapé inicial na história dos computadores quântico foi Richard Feynman em uma de suas palestras na Primeira Conferência de Computação Física no MIT. Isso ocorreu nos anos 80. Essa tabela ajuda a comparar o poder de processamento da computação clássica para a computação quântica:

Computação Quântica

Um protótipo de uma molécula de Iodo pode aumentar a velocidade de processamento dos processadores (que confuso!) para 10.000 GHz. Sim, um protótipo. E eu que estava feliz para pegar um processador que utilizasse grafeno, agora quero um que use moléculas de Iodo!

A Toshiba disse estar se aproximando dos computadores quânticos. Eu daria uns cinco anos para que essa área passasse a ser utilizada por faculdades e uns dez anos para que os computadores quânticos estejam disponível para comercialização: estou sendo esperançoso? Dica: uma empresa canadense disse ter conseguido criar o primeiro computador quântico comercial em 2007. Ele chegou aos 16 qubits e conseguiu realizar pequenas atividades que um computador clássico conseguiria. A empresa disse que no final de 2010 (desse ano!) eles já teriam um computador com 1 quiloqubit (ou 1024 qubits).

No mais, eu apenas cito algo que o Dr. Fred Alan Wolf falou no filme Quem Somos Nós e que me ajudou a entender algo sobre física quântica: "O que eu achava irreal, agora, para mim, parece de alguma forma a ser mais real do que aquilo que eu penso ser real, que agora parece ser irreal.". Ou não.

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