COMPUTADOR QUANTICO

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A computação quântica mudará os conceitos atuais da informática, que utiliza-se de circuitos eletrônicos para armazenar bits e efetuar o processamento. A diferença entre o processamento e armazenamento dos computadores convencionais (o que utilizamos hoje) e o quântico, é que os computadores convencionais utilizam bits, que podem ser 0 e 1, ou melhor entendendo, se houver um barramento de 8 bits, tem-se 2⁸ combinações de 0 e 1, precisamente 256 possibilidades, onde estas possibilidades são processadas uma a uma, se fosse no bit quântico todas as possibilidades seriam processadas ao mesmo tempo, veja a tabela 1. O computador quântico utiliza-se de Qubits, que pode ser 0, 1 e 0 e 1, graças a uma propriedade da física quântica: a superposição, que permite que o Qubit assuma dois valores simultaneamente, fazendo que haja um processamento paralelo tornando a velocidade de processamento muito mais rápida que a dos computadores convencionais. Para um entendimento aproximado do que ocorre, os processadores atuais conseguem transmitir até 8 bits por ciclo, onde em um barramento de 64 bits (8 Bytes) a transmissão passa a 64 Bytes por ciclo (pois cada barramento está transmitindo 1 Byte por ciclo, vezes 64 que é o número de barramentos, chegamos a 64 Bytes por ciclo. O número de Qubits em relação aos bits é a seguinte:

Tabela 1

QUBIT	BIT
1 Qubit	2 bits
2 Qubits	4 bits
3 Qubits	8 bits
8 Qubits	256 bits

Já existe um computador quântico de 53 Qubits (2⁵³) ou seja 8 Petabits simultâneos de processamento, pois graças a superposição dos 8 Petabits são processados simultaneamente e não separadamente como nos computadores convencionais. Se eu fosse utilizar o exemplo do barramento de 64 bits, eu teria que transmitir simultaneamente 2⁴⁷ bits por barramento a cada ciclo de clock, e mesmo assim não chegaria à velocidade de processamento do computador quântico. O que caracteriza o computador quântico, é que o mesmo utiliza os sistemas quânticos, que é o armazenamento do Qubit em átomos, elétrons, íons, fótons e outras partículas, pois o que define o Qubit é o spin, que a cada mudança na direção do módulo (Spin UP e Spin DOWN) , pode assumir os valores 0, 1 e 0 e 1 simultaneamente, tornando a velocidade de processamento altíssima.

Os computadores modernos estão cada vez mais rápidos, com a criação do computador quântico pela DWAVE, depois comprado e aperfeiçoado pela NASA e pela Google, no final do ano passado a IBM garantiu ter criado um computador quântico mais avançado já feito.

A cada Qubit adicionado, tem-se um aumento exponencial na velocidade de processamento, vide Tabela 2.

Tabela 2

COMPUTADOR FOTÔNICO

O computador fotônico se baseia na superposição quântica, um fenômeno que permite que os fótons existam em dois estados ao mesmo tempo. 

O que é a superposição quântica? 

• A superposição quântica é um princípio fundamental da mecânica quântica.
• Ela afirma que um sistema físico, como um elétron, pode estar em todos os estados teoricamente possíveis ao mesmo tempo, antes de ser medido.
• Quando medido, o sistema se mostra em um único estado.

Como a superposição quântica funciona no computador fotônico?

• Os fótons podem fluir em ambas as direções simultaneamente, o que representa um valor que é uma combinação de 0 e 1. 
• Os computadores quânticos funcionam com uma lógica diferente daquela presente nos computadores clássicos. 
• A superposição de bits quânticos fornece aos computadores quânticos seu paralelismo inerente, permitindo que processem milhões de operações simultaneamente. 

A superposição quântica é utilizada em criptografia quântica. 

Até o momento, foi possível entrelaçar 18 qubits em apenas 6 fótons, o que corresponde a 3 qubits por fóton. Este é um recorde de qubits vinculados entre si através do entrelaçamento quântico. 

Explicação

• Qubit é uma unidade de informação quântica que pode representar 0, 1 ou uma proporção de ambos os estados. 
• Computador quântico é uma máquina programável que realiza cálculos e algoritmos manipulando e lendo informações armazenadas em sistemas quânticos. 
• Sistemas quânticos podem ser formados por átomos, moléculas, prótons, elétrons e fótons. 
• O entrelaçamento quântico é uma técnica que permite vincular vários qubits entre si. 

É possível capturar fótons em armadilhas magneto-ópticas e em armadilhas de luz, conhecidas como ARAPUCA. 

Armadas magneto-ópticas 

• Capturam átomos que são desacelerados pela troca de momento entre os fótons e os átomos
• Usam a força de radiação de dois pares ortogonais de feixes laser

Armadas de luz (ARAPUCA) 

• Capturam fótons
• Incluem guias luminosas que canalizam os fótons na direção do sensor
• Foram usadas em experimentos de neutrinos no Fermilab

Como são os fótons?

• São as partículas que compõem a luz 
• São pequenos “pacotes” que transportam a energia contida nas radiações eletromagnéticas 
• São emitidos quando um elétron de um átomo “salta” de uma órbita superior para uma inferior 
• São absorvidos quando um fóton faz um elétron de um átomo “saltar” de uma órbita inferior para uma superior 

A mecânica quântica afirma que os fótons podem se comportar como ondas ou partículas, dependendo das condições do experimento. 

O spin do fóton não possibilita a superposição do fóton, mas é uma propriedade que ajuda a descrever o comportamento dos fótons. 

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Grato,
Jefferson Daminelli Garcia

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