Processadores Para o Próximo Milênio - Parte 3

Computador Quântico

Agora teremos a sensação de que entramos no campo da ficção científica. Os computadores tradicionais trabalham com elementos básicos que podem assumir dois estados (ou dois bits): 0 ou 1. Normalmente, usam-se transistores ou “flip-flops” para representá-los. Olhando para o lado da física atômica, uma partícula quântica, como o elétron ou núcleos atômicos, pode existir em dois estados: com o “spin” para cima ou para baixo. Ora, isto constitui um bit quântico ou “qubit”. Quando o spin está para cima, o átomo pode ser lido como 1 e, quando o spin está para baixo, é lido como 0.

Os qubits diferem dos bits tradicionais porque um núcleo atômico pode estar num estado de superposição, representando simultaneamente 0 e 1 e tudo o mais que existe entre esses valores. Mais ainda, sem a interferência do ambiente externo, os spins podem se “relacionar” de tal forma que efetivamente conectam os qubits de um computador quântico. Dois átomos “relacionados” atuam em conjunto: quando um está na posição para cima e o outro é garantido estar na posição para baixo.

A combinação de superposição e “relacionamento” é o que permite a um computador quântico ter um enorme poder de processamento, possibilitando-o a realizar cálculos de forma maciçamente paralela e de forma não linear. Para certos tipos de cálculos, como por exemplo os complexos algoritmos para criptografia, um computador quântico pode realizar bilhões de cálculos em um único passo. Ao invés de resolver o problema pela adição ordenada de todos os números, um computador quântico poderia adicionar todos os números ao mesmo tempo. Assim, pela interação de um com o outro, quando isoladas do ambiente externo, os qubits podem realizar certos cálculos de forma exponencialmente mais rápida que os computadores convencionais. Diz-se que o computador quântico começa onde a Lei de Moore termina.

Em 15 de agosto de 2000, um time da IBM demonstrou um novo computador quântico com 5 qubits, composto portanto por 5 átomos (de flúor) fixados em uma molécula especialmente projetada de forma a permitir que os qubits (spin dos núcleos) “relacionem” entre si. Esses qubits são programados por pulsos de rádio-freqüência e detectados por meio de ressonância nuclear magnética, semelhante ao usado em hospitais.

Esse computador de 5 qubits foi capaz de resolver um problema de determinação de ordem de um sistema, ou seja, a determinação do período de uma função. Os computadores convencionais calculam a solução usando iterações passo-a-passo com os valores da função até que eles comecem a repetir. O computador quântico faz isso com um novo enfoque. Por natureza, eles representam simultaneamente todos os possíveis valores da variável de entrada e, portanto, com um único passo pode analisar todos os possíveis valores da função.

Apesar do potencial dos computadores quânticos ser gigantesco e encorajador, os desafios ainda são enormes. O atual computador de 5 bits é um mero instrumento de pesquisa. Ainda faltam muitos anos de trabalho para que os computadores quânticos se tornem comerciais. Os prognósticos indicam que eles deverão ter pelo menos 12 bits para poderem resolver problemas do mundo real. Espera-se que, no futuro, tais computadores venham a trabalhar como processador auxiliar para problemas matemáticos de difícil solução. Com certeza processamento de texto e Internet não são aplicações talhadas para um computador quântico. A ideia do computador quântico não é recente, ela foi proposta na década de 1970.