Computadores Quânticos Explicados

e nos últimos 70 anos a humanidade ficou cada vez mais dependente de computadores e computação computadores virando a ferramenta necessária para fazer quase qualquer tipo de coisa e conforme nós vamos nos tornando mais e mais dependente de computação para realizar tarefas mais básicas do dia a dia um outro problema surge no horizonte nós estamos chegando no limite físico da velocidade de processamento dos nossos computadores atuais antes de você começar a ficar desesperado aqui vem a boa notícia para o nosso uso cotidiano tipo celulares computadores de casa até mesmo notebooks o nosso processamento de dados atual

ainda é o suficiente você suas compras no mercado o seu saldo no banco as suas fotos no instagram não correm perigo imediato só que conforme você vai aumentando a demanda do seu trabalho mais e mais você vai notando esse limite se você costuma jogar jogos no computador você já deve ter voltar aqui mesmo com computadores de ponta muitas vezes nós não conseguimos rodar o jogo a mais do que 144 quadros por segundo se você trabalha comprou se você talvez já tenha se deparado com algum programa ou simulação que demorou mais do que um dia para

ser rodada ou se você for um físico fazendo simulações extremamente complicada de mecânica quântica você ficou sentado tomando café por 3 anos enquanto esperava sua simulação fica pronta mas o que exatamente esse limite físico da computação significa o computador que você está usando para ver esse vídeo celular que vocês vão aparecer vídeo é o que nós podemos chamar de computador clássico esse tipo de computador utiliza componentes eletrônicos para representar bits que são as menores unidades de informação existentes um bit só pode ter dois valores 0 1 e tudo que você vê no seu computador nesse

exato momento em algum nível uma longa cadeia de uns e zeros computadores atuais funcionam como se fossem pessoas em uma sala fazendo operações sempre de adição e subtração vamos supor que você quisesse tomar um mais dois você daria conta para primeira pessoa que começaria com uma unidade e logo em seguida a maria mais uma unidade ela passa a conta pra próxima pessoa que então adiciona mais uma unidade e dependendo da conta que você quiser você fazer você precisaria de várias pessoas para irem fazendo a soma e passando o resultado pra pessoa do lado que fazias

a soma e passaria para outra pessoa do lado dela e assim vai o que esse exemplo representa que os nossos computadores atuais funcionam muito bem para cálculos em série um dos primeiros algoritmos que nós aprendemos quando começamos a estudar programação é o da receita de bolo você começa com ovos junto eles vão a farinha adicionar leite açúcar manteiga e a sua massa está pronta a lição desse exemplo aqui você não pode pular passos você não pode juntar o açúcar com a manteiga e depois adicionar a farinha ou uma massa vai salvar você precisa seguir o

passo a passo ou resultado final não é um bolo computadores atua exatamente assim você dá uma receita para eles que no caso é um algoritmo uma série de comandos em forma é do que eles precisam fazer eles realizam uma operação por operação em ordem e no final te dar um resultado e o limite computacional funciona assim em uma cozinha você pode adicionar cozinheiros para fazer a em cada passo da receita separadamente isso geralmente aumenta a velocidade de reprodução em um computador os cozinheiros são os transistores só que assim como uma cozinha você só pode adicionar

um certo número de pessoas ou a cozinha fica super lotada a mesma coisa vale para processadores existe um tamanho mínimo que um transístor pode ter e vai chegar uma hora em que você vai estar com seu processador superlotado quando a senhora chega você não tem como fazer as operações mais rápido você chega no chamado limite físico da computação vocês provavelmente já ouviram falar na lei de amor e ela diz o seguinte o número de transistores em um circuito dobra a cada dois anos em termos mais simples caso além de murça já correta o celular que

você compra hoje vai ter a metade do número de transistores e lá daqui há dois anos o que significa que em média poder computacional dos aparelhos dobram a cada dois anos e isso tem funcionado bem beijo 1975 como previsto o número de transistores o dobra e com isso mas ganhamos mais capacidade computacional os nossos computadores ficam mais rápidos ágeis e velozes e nós conseguimos realizar operações cada vez mais complicadas e complexas em troca mas é que vem o problema além de mor não é uma lei no sentido científico ela na verdade é mais uma observação

de como as coisas funcionam no mundo real o próprio muro em 2005 afirmou que essa tendência de um número de transistores dobrarem a cada dois anos não pode continuar para sempre eventualmente nós chegaremos em um nível de miniaturização extremos dos transistores e esse seria o fim da lei de amor e esse filme é previsto para 2025 de novo isso não significa que os nossos computadores vão parar de funcionar e só significa que nós não teremos como deixar eles mais rápidos então as nossas necessidades por processamento computacional continuem a crescer e crescer o que provavelmente vai

acontecer nós começaremos a nos deparar com programas impossíveis de rodar ou simulações que demoram uma eternidade para serem construídas e isso seria desastroso paciência e para a sociedade em geral mas aqui entre esperança a carta na manga da humanidade computação quântica e certo não é bem assim muita falado da computação quântica como se ela fosse mágica mas na realidade nós provavelmente continuaremos a usar computadores normais junto dos computadores quânticos eles são sistemas essencialmente diferentes e cada um tem uma utilidade diferente computadores quânticos da mesma forma que os nossos computadores atuais também utilizam pequenas peças de

informação só que ao invés de bits nós temos clubes que é uma contração de tico-tico o bit clássico pode ser apenas dois valores é um e como dito antes esses valores são representados como correntes elétricas passando em um filme é por isso que o computador clássico é clássico a física que rege as correntes elétricas passando no fio é física clássica então nós não temos nada de estranho aqui só que quando nós entramos no mundo dos clubes não usamos mais a física clássica para representar a unidade de informação agora podemos representar elas como alguma propriedade física

que segue as leis da mecânica quântica como o spin de um átomo essa é a parte mais interessante porque com o clube tem o seu valor atrelado alguma propriedade quântica eles podem fazer coisas impossíveis na física clássica como se aproveitar da superposição esse talvez seja um dos conceitos mais importantes do vídeo em um computador clássico bens podem ser apenas 0 ou 1 mas sem o computador poético os nossos clubes podem ser 01 ou estar em uma superposição e isso tem consequências brilhantes lembro do exemplo da receita do bolo imagina agora que você esteja testando novas

receitas e que você quer saber se o bolo fica melhor usando manteiga ou margarina para fim de explicação vamos supor que a nossa cozinha é um computador quântico e que o nosso clube de inicial está em uma superposição manteiga margarina você não precisaria fazer dois bolos um com manteiga e outro com margarina para saber qual fica melhor a superposição se mantém após cada passo da sua receita isso significa que usando como ingrediente a sua manteiga margarina você acaba com o bolo que na verdade é uma superposição de 21 que foi feito com manteiga e outro

que foi feito com margarina é como se você tivesse feito os dois bolos no mesmo tempo em que você antes faria apenas um e isso é extremamente bizarro mas não sei nem então rápido porque infelizmente os computadores quânticos não são tão simples em qualquer computação nós precisamos ter um resultado preciso usando o nosso exemplo anterior nós precisamos que a nossa receita seja um bolo que eu possa experimentar mas isso não acontece com o bolo em superposição em qualquer computação clássica nós sempre podemos medir um beach e saber se ele tem valor zero ou mas é

impossível medir clube sem superposição e isso é uma limitação da própria teoria quântica sempre que nós tentarmos medir o valor de um convite a superposição é destruída e um convite retorna o valor 0 ou 1 ou seja mesmo que nós fizéssemos um bolo e superposição no final nós só poderíamos comer um desses bolos é como se põe umas colocássemos o garfo no bom a superposição ele é automaticamente virasse ou um bolo feito com manteiga ou um bolo feito com margarina então nós não temos como nos aproveitar a sobreposição um resultado final praticamente vamos ter feito

a mesma coisa que o computador normal faria e teríamos o mesmo resultado só que de uma maneira muito mais e então como que a finalidade dos computadores quânticos se nós não podemos calcular várias coisas de uma vez nos aproveitamos na sua composição bom existem algumas situações específicas que o computador quântico conseguem resolver problemas de uma maneira incrivelmente mais rápida do que um computador normal e é chave para isso é um fenômeno chamado interferência interferência o nome que a física dá para o que acontece quando duas ondas se encontram e interferência vale para qualquer tipo de

onda existem dois possíveis resultados quando ondas se encontram pode ser que ela se somem e aumentem a sua intensidade total e essa ser interferência construtiva ou pode ser que as ondas ii subtraíam e diminui de intensidade e essa interferência destrutiva e aqui um detalhe importante na mecânica quântica tudo se comporta um pouco com as notas e combinando interferência superposição nós podemos de fato criar um coletivos políticos extremamente eficientes vamos voltar o exemplo do se liga margarina nós sabemos que quando nós fomos provar o bolo existe uma probabilidade de que o bolo vai ser de manteiga

e outra dica bolo vai ser de margarina mas na física quântica cada bolo está associado a uma onda e intensidade dessa onda determine a probabilidade de experimentar nos cada um dos bolos se aumentarmos a intensidade da onda associado o bolo de margarina é mais provável que vamos experimentar o bolo de margarina e se aumentarmos a intensidade da onda do bolo de manteiga é mais provável que experimentaremos ele e é justamente interferência que nós podemos utilizar para manipular a intensidade das ondas e isso significa que nesse caso você pode mudar probabilidades simplesmente mudando a intensidade da

onda e isso é uma coisa importante sobre interferência da mecânica quântica nós podemos utilizar interferência para manipular diretamente probabilidades imaginem uma lista com nomes e eu quero que computador achei um nome específico nessa lista usando o computador normal ele teria o primeiro nome ver se é igual ao que eu queria em casa não foi para o próximo repetir o processo e continuar nome por nome até encontrar um nome que eu tô procurando esse processo demora muito tempo e se você tiver uma lista com 1 milhões de nomes boa sorte e bom café mas no caso

de um computador quântico existe algo chamado algoritmo de grover considere uma lista com 1 milhão de nomes e no meio desses nomes eu estou lá procura no meu pedroso se eu tivesse a lista em conta do cântico eu posso fazer o seguinte eu coloco todos esses 1 milhão de nomes uma superposição e se eu perguntar para o meu computador quântico qual o nome dele é choro nesse momento existe uma em um milhão de chances de que ele vai te achar do meu nome se ele não tiver achado eu tenho que pedir para ele buscar de

novo design eficiente mas não se esqueçam que a probabilidade um computador quântico está diretamente relacionada a intensidade de uma onda e se o meu nome tem uma intensidade baixa vai ser mais difícil de algoritmo encontrar ele mas se eu aumentar a intensidade da onda correspondente é o meu nome igualmente a probabilidade de computador encontre ele facilmente e como nós aumentamos essa probabilidade usando interferência fazendo onda se somarem ou subtrair em tentando anular os resultados que não sejam o meu nome e fazendo com que o meu sejam mais provável quanto mais alta intensidade da minha onda

maior é a chance de que o algoritmo que encontre primeiro usando isso nós podemos aumentar a chance de encontrar o meu nome de um em um milhão para algo como um ninho e só pode ainda aparecer uma baixa probabilidade mas isso significa que um computador quântico eu precisaria de em média apenas 500 tentativas para encontrar o meu nome em meio a um milhão de nomes enquanto isso um computador clássico precisaria de algo em torno de 500 mil tentativas é a diferença é assustadora no fim a imagem que é vendida pela mídia sobre computadores quânticos é

de que eles são máquinas mágicas que vão resolver todos os problemas da humanidade mas isso está longe de seu caso eles são incríveis para algumas aplicações específicas mas você nunca vai precisar ter um computador quântico em casa para rodar os seus jogos ou trabalhar por exemplo muito provavelmente nem mesmo num futuro distante as próprias limitações a natureza probabilística da mecânica quântica fazem que seja extremamente difícil lidar com computadores quânticos mas essa dificuldade é superada diariamente com cientistas que buscam aperfeiçoar os algoritmos e desenvolver novas aplicações em troca isso beneficia diversas áreas criptografia e segurança medicina

física computacional e passo após passo avança conhecimento da humanidade como um todo para frente nós devemos ficar animado com os avanços na computação quântica mesmo que computadores quânticos os dados exclusivamente em laboratórios por enquanto nós nunca sabemos com as tecnologias vão surgir e mudará drasticamente a nossa vida como consequência direta do investimento em ciência de base é muito obrigado e até a próxima tchau e aí e aí