Computação Quântica Explicada (Como Você Tem 5 Anos)
O conceito de "computação quântica", que recentemente se tornou viral - graças a um certo primeiro-ministro - é um dos muitos territórios inexplorados da ciência por nós peeps não-científicos.
A razão pela qual a maioria de nós ainda não ouviu falar disso, apesar de estar presente por décadas, é que, na maioria das vezes, é teórico e aqueles que estavam experimentando no começo eram muito calados sobre isso devido a a necessidade de sigilo militar e corporativo.
No entanto, sabemos agora que existe uma combinação de mecânica quântica e computação e, de repente, isso está dentro do escopo de interesse de todos. Se você não sabe o que é um computador quântico, mas não quer ficar de fora, leia para descobrir por que ele é melhor do que os computadores tradicionais com os quais trabalhamos hoje..
De computadores e bits tradicionais
Os computadores são principalmente digital-eletrônicos e interagir com dados representados em dígitos binários conhecidos como bits (0's e 1's). Seja imagens, texto, áudio ou qualquer outro dado - tudo é armazenado em bits.
Fisicamente, os números binários 0 e 1 podem ser representado usando qualquer entidade de dois estados como uma moeda (cabeça e cauda) ou um interruptor (ligado ou desligado). Nos computadores, os bits são presença ou ausência de tensão (1 ou 0), ou mudança ou preservação da direção magnética em discos rígidos magnéticos.
Os dados são manipulados computando os bits armazenados. A computação é feita por portas lógicas que são tipicamente constituídas por transistores que controlam a passagem do sinal eletrônico. Se permitir que o sinal passe, é o bit 1 e se o sinal for cortado, é 0.
Os limites dos transistores
Com o tamanho cada vez menor dos chips e o crescente número de componentes, os dispositivos eletrônicos podem vir com milhões de transistores que podem ser tão pequenos quanto 7 nm (que é 1000 vezes menor que uma célula vermelha e 20 vezes maior que alguns átomos).
O tamanho dos transistores pode continuar encolhendo, mas eventualmente, eles atingirão um limite físico onde os elétrons passarão através deles e não haverá controle sobre o fluxo do sinal eletrônico.
Para a crescente necessidade de computação poderosa e dispositivos menores, um limite de tamanho em um componente eletrônico básico é um freio de progresso. Os cientistas estão procurando novas maneiras leve menos tempo e espaço para computar e armazenar dados, e uma das maneiras que podemos usar é a computação quântica.
Qubits, superposição e entrelaçamento
A computação quântica usa qubits ao invés de bits para representar dados. Qubits são representados usando partículas quânticas como elétrons e fótons.
As partículas quânticas possuem propriedades como spin e polarização, que podem ser usadas para representar dados. Por exemplo, um qubit girando para cima pode ser 1 e para baixo 0.
Mas o poder da computação quântica vem do fato de que diferentemente dos bits 1 ou 0, qubits podem ser 1 e 0 simultaneamente, por causa de uma propriedade chamada sobreposição, onde partículas quânticas estão em vários estados ao mesmo tempo.
Isso aumenta o poder computacional do qubit, já que ele pode ser usado tanto para 1 quanto para 0 durante a computação e, no final, uma vez medido, ele se torna 1 ou 0.
A propriedade de superposição pode ser facilmente explicada por um famoso experimento mental feito em um gato imaginário por Schrödinger, um físico austríaco..
No mundo quântico, há também outra propriedade que pode ser explorada na computação entrelaçamento quântico. Refere-se basicamente a propriedades das partículas quânticas que se emaranham e tornam-se dependentes uns dos outros e, portanto, não pode ser alterado separadamente.
Eles agem como um único sistema com um estado geral.
Digamos que 2 qubits sofrem emaranhamento, se um dos estados do qubit for alterado, o outro também irá mudar. Isso leva a um processamento paralelo real ou computação que pode reduzir significativamente o tempo de computação em comparação com os computadores tradicionais..
Dificuldades e Usos
Há muitos obstáculos práticos a serem superados pelos cientistas e engenheiros, como criando um ambiente controlado para os qubits e encontrando maneiras de manipular suas propriedades, para produzir um resultado desejado.
Mas uma vez que computadores quânticos com alto poder computacional são finalmente criados, eles podem ser usados para resolver problemas que, de outra forma, demorar muito tempo para ser completado por computadores tradicionais.
Encontrar fatores primos de grandes números, o problema do vendedor ambulante para um grande número de cidades e outros problemas semelhantes requer um número exponencial de comparações para obter o resultados. Além disso, a pesquisa por meio de bancos de dados colossais ainda é um processo muito demorado para os atuais computadores digitais..
Esses problemas podem ser resolvidos com computadores quânticos, que podem resolver problemas que podem levar séculos em computadores tradicionais, em questão de minutos.
(H / T: IBM)
