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
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.
Para que os fótons possam fluir em ambas as direções simultaneamente, o ambiente ideal precisa ser uma configuração que permita a superposição de ondas e a interferência. Geralmente, isso acontece em ambientes onde há uma estrutura que suporta a transmissão bidirecional, como em um espelho semi-refletor ou em um sistema de cavidade óptica bem ajustado. Além disso, a ausência de perdas e de obstáculos que possam absorver ou dispersar a luz também é fundamental. Assim, um ambiente controlado, com materiais transparentes e uma configuração que permita a passagem e reflexão equilibradas, é o cenário perfeito para esse tipo de fluxo de fótons!
Para que os fótons possam fluir em ambas as direções ao mesmo tempo e criar interferência, o ambiente ideal precisa ser cuidadosamente controlado. Geralmente, isso acontece em sistemas chamados de cavidades ópticas ou interferômetros, onde os fótons podem refletir de um lado para o outro de forma controlada.
O ambiente ideal deve ter algumas características importantes:
Materiais transparentes ou refletivos controlados: Usar espelhos altamente refletivos e, ao mesmo tempo, parcialmente transmissivos, como espelhos semi-refletivos, permite que os fótons entrem, saiam e reflitam várias vezes, criando condições para interferência.
Ausência de perdas: É importante que o ambiente minimize absorções e dispersões, para que os fótons mantenham sua coerência e possam interferir de forma eficaz.
Estabilidade e isolamento: O ambiente deve ser isolado de vibrações, variações de temperatura e ruídos externos, que podem perturbar a fase dos fótons e prejudicar a interferência.
Controle preciso da fase: Para que a interferência seja observada, é necessário ajustar a fase dos fótons, o que exige um ambiente com controle preciso de comprimento de onda e caminhos ópticos.
Resumindo, um ambiente com espelhos bem posicionados, materiais de alta qualidade, estabilidade térmica e isolamento, além de controle de fase, é o cenário ideal para que os fótons possam fluir em ambas as direções e criar interferência.
Pode-se dividir a luz em duas vias e atrasar a fase de uma delas. Essa técnica é bastante comum em experimentos de interferência, como em interferômetros. Ao dividir a luz, por exemplo, usando um espelho semi-refletor, você gera dois caminhos diferentes para os fótons. Depois, ao passar por um dispositivo que altera o comprimento do caminho ou ajusta a fase — como um espelho móvel ou um meio com índice de refração diferente — você consegue atrasar ou adiantar a fase de uma das vias. Nesse controle de fase é fundamental para criar interferência construtiva ou destrutiva, dependendo do ajuste. Assim, ao recombinar as duas vias, você pode observar padrões de interferência que dependem do atraso de fase introduzido. É uma técnica muito utilizada em experimentos de óptica, comunicação e até em tecnologias quânticas!
- 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.
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. - 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. - 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
- Capturam fótons
- Incluem guias luminosas que canalizam os fótons na direção do sensor
- Foram usadas em experimentos de neutrinos no Fermilab
- 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.
