O COMPUTADOR QUÂNTICO

Por: Daniel Braz

Na edição de 17 de dezembro de 2010, foi publicado na revista SCIENCE o último avanço no esforço dos cientistas para a aplicação das propriedades da física quântica na criação de computadores mais poderosos do que os atuais supercomputadores. Máquinas que utilizam elementos da mecânica quântica (grupo de regras que determinam o comportamento de pequenas coisas como moléculas, átomos e partícula subatômicas) que já vem sendo desenvolvidas com avanços surpreendentes e publicados pelas principais revistas de tecnologia e ciência desde 2003.

Em 2007 a empresa canadense D-Wave apresentou a primeira máquina desse tipo capaz de realizar tarefas práticas utilizando-se da mecânica quântica o Orion, contruído pela D-Wave, é um computador de 16 qubits ("bits" quânticos). Durante a demonstração, o Orion resolveu problemas de lógica, encontrou soluções para o jogo Sudoku e pesquisou alternativas para drogas usadas na indústria farmacêutica. A demonstração comprovou a viabilidade prática da computação quântica.

Os computadores quânticos ainda estão distantes no futuro. Mas não é à toa que pesquisadores do mundo inteiro estão dedicando todos os seus esforços em busca da construção de um computador que funciona com base não na carga dos elétrons, mas nos spins desses elétrons ou dos núcleos dos átomos.

Os computadores atuais processam dados em blocos de 64 bits de cada vez. Um computador quântico, no qual um qubit consegue guardar os valores 0 e 1 ao mesmo tempo, e que tenha 64 qubits, esse computador será nada menos do que 264 vezes mais rápido.

Comparar um computador quântico com os supercomputadores atuais é como comparar um computador atual com um ábaco. Dá para sentir melhor a diferença quando se vê que 264 é igual a 18.446.744.073.709.551.616 - algo como 18 bilhões de bilhões.

Num processador quântico, temos átomos ao invés de transístores. Ao invés de bits temos bits quânticos, ou qubits. A idéia fundamental é que num átomo, a rotação de cada elétron corresponde a um pequeno movimento magnético, que pode ser controlado caso o átomo seja colocado sobre uma superfície suficientemente sensível no caso do D-Wave o chip quântico precisa ser congelado a 4 milikelvins, temperatura muito próxima do zero absoluto. Isso é feito por meio de um sistema de refrigeração com hélio líquido.

Assim como os transistores substituíram às válvulas, os pesquisadores esperam que os computadores quânticos possam algum dia substituir os chips de silício. Apesar de a maioria das pesquisas em computação quântica ainda ser muito teórica e os computadores quânticos construídos manipularem apenas algumas dezenas de qubits, diversos avanços estratégicos foram obtidos na área nos últimos 7 anos.

Uma peculiaridade interessante é que enquanto um transístor permite apenas dois estados, ou seja, ligado ou desligado, cada qubit possui três estados diferentes. Dois estados são determinados pela rotação dos elétrons (horário ou anti-horário), enquanto o terceiro é uma característica bastante peculiar dentro do mundo quântico, onde os elétrons podem girar simultâneamente nos dois sentidos. Sim, parece estranho, e é por isso que existem tantos cientistas pesquisando isso, mas de qualquer forma, combinado com os dois estados anteriores temos um total de 4 estados possíveis, o que permite que cada qubit processe ou armazene dois bits simultaneamente.

Com o poder computacional elevado do computador quântico, as técnicas de criptografia tradicional poderiam ser facilmente "quebradas”, isto, porque os algoritmos tradicionais se baseiam na dificuldade computacional de se "quebrar” as chaves criadas (chave é uma sequência de caracteres usada para criptografar e descriptografar uma informação), atualmente, um dos sistemas de criptografia tradicional mais confiável é o RSA). Enquanto isso, o algoritmo quântico de Shor consegue "quebrar” técnicas de criptografia tradicionais em tempo equivalente ao número de bits da chave, por exemplo, uma das chaves mais seguras hoje usadas para proteção na web utiliza a criptografia de 256bits, um supercomputador convencional dos mais avançados que temos hoje levaria alguns dias para quebrar essa chave, mas um computador quântico poderia facilmente desarmar essa chave em apenas 256 milionésimos de segundo.

O futuro dessas maquinas será prestar serviços a organizações que necessitam resolver problemas lógicos complexos e que envolvam grandes demandas computacionais, ninguém menciona o uso militar que esses computadores podem ter, que são diversos, mas quem sabe um dia possamos ter um desses em nossas mesas, até lá teremos que nos contentar com os atuais ábacos.