Computação quântica

O dom de computar foi um dom que a natureza montou no cérebro humano desde pelo menos o tempo dos sumérios em Uruk, na Mesopotâmia. Quando, finalmente, os arqueólogos se lembraram de mostrar as tabuinhas de argila de Uruk a matemáticos, eles ficaram de boca aberta. Reconheceram nas tabuinhas progressões geométricas, tabelas de potências, e até instruções para computar raízes quadradas e raízes cúbicas. Ficaram pasmados diante da abrangência e da profundidade do conhecimento matemático que existiu na Mesopotâmia mil anos antes de Pitágoras na Grécia. Os babilónios computaram equações lineares, equações quadráticas e números pitagóricos muito antes de Pitágoras. No entanto, os matemáticos babilónios não deram grande ênfase à geometria. Os babilónios calculavam áreas e perímetros, mas não demonstravam teoremas. A matemática deles parecia valorizar o poder da computação, mas isso só foi percebido mais tarde, quando a computação passou a significar algo. Quando isso foi descoberto, muitas tabuinhas importantes já tinham sido destruídas, ou perdidas.

Ainda assim, descobriram-se em fragmentos dispersos por Berlim, Paris e Chicago, os primórdios dos métodos da astronomia. Para demonstrar isso, Otto Neugebauer, principal historiador da matemática antiga, teve de reunir as tabuinhas dispersas. Em 1949, quando já tinha cerca de meio milhão de tabuinhas, Neugebauer lamentou: “A nossa tarefa pode, portanto, ser comparada adequadamente à de restaurar a história da matemática a partir de algumas páginas rasgadas que acidentalmente sobreviveram à destruição de uma grande biblioteca”.

Em 1972, Donald Knuth, um dos primeiros cientistas da computação em Stanford, olhou para os restos de uma tabuinha dessas (cuja metade tinha ido parar ao British Museum of London; e um quarto estava no Staatliche Museen de Berlim, o resto tinha desaparecido) e pôde ver aquilo que anacronicamente descreveu como um algoritmo.

O Computador Quântico da Google pode ter estabelecido recentemente um grande marco na tecnologia. A gigante dos motores de pesquisa conseguiu, segundo um artigo científico, resolver um problema extraordinário recorrendo ao seu computador quântico. O mais surpreendente é que este problema era impossível de resolver num computador binário normal. Esta informação foi adiantada pelo Financial Times. Foi abordado um problema que é impossível de ser resolvido pelos computadores clássicos atuais, mesmo pelos supercomputadores. Demorando apenas 3 minutos e 2 segundos para realizar a operação, a máquina quântica da Google destaca-se pela velocidade com que o faz. Para efeitos de comparação, o computador clássico mais avançado neste momento – Summit – demoraria 10.000 anos para alcançar tal feito. A Google é de facto um gigante no sentido literal do termo, Graças à sua Inteligência Artificial, a NASA encontrou um sistema exo-planetário com 8 planetas a 2.545 anos-luz daqui. A Google dispõe de um laboratório quântico, com dois dos computadores quânticos mais poderosos do mundo, através dos quais desenvolve Inteligência Artificial. É verdade, os computadores quânticos conseguem resolver em segundos aquilo que o melhor computador clássico demoraria centenas de anos. 

Os computadores clássicos codificam e trabalham a informação em termos de bits. Cada bit pode tomar os valores 0 ou 1. Estes “zeros” e “uns” atuam como se fossem “interruptores” que ligam e desligam, concretizando as suas funções a nível computacional. Os Computadores Quânticos são baseados em Qubits. Os Qubits operam de acordo com dois princípios fundamentais da Física Quântica: Superposição e Entrelaçamento Quântico. O fenómeno da Superposição, significa que cada Qubit pode representar um 0 e um 1 ao mesmo tempo. Assim sendo, os Qubits estão ligados através de um evento subatómico que “pode” ou não acontecer. Por outro lado, o fenómeno do Entrelaçamento Quântico mostra que os Qubits em superposição “podem” estar interrelacionados entre si. Ou seja, o estado de um (quer seja 1 ou 0) “pode” depender do estado de outro.

Usando estes dois princípios e a aleatoriedade que deles provem, os Qubits podem trabalhar em Estados mais sofisticados do que os bits. Isto permite que os Computadores Quânticos funcionem de uma forma peculiar, permitindo-lhes resolver problemas que os computadores atuais são incapazes de resolver. Dado que, um Qubit pode estar em dois estados diferentes ao mesmo tempo, quando se aumenta o número de Qubits ficamos com estados diferentes duas vezes, capazes de resolver problemas rapidamente.

O Mundo Quântico parece-nos tão estranho porque nós, Seres Humanos, não nos comportamos de acordo com as Leis da Mecânica Quântica. Os Comportamentos Quânticos apenas se manifestam em escalas muitíssimo pequenas. Dado que o Ser Humano é um objeto de Grande Escala, todos os estranhos comportamentos que caracterizam a Mecânica Quântica desaparecem. Assim, é necessário criar um sistema perfeito, isolado e protegido de qualquer interação com o Espaço exterior. Esse é o desafio. Grandes projetos de investigação a nível mundial têm sido realizados com sucesso. Mas para que tudo funcione às mil maravilhas os componentes que fazem parte do computador quântico têm de se tratados com o máximo cuidado, e para já, apenas dentro de laboratórios equipados com algo impossível de descrever. Algoritmos para computadores quânticos ainda estão a ser desenvolvidos para os próprios cientistas construirem estes computadores. Por tal circunstância, a produção em massa dos computadores quânticos está longe de ser uma realidade. Assim, Os Computadores Quânticos não estão a ser criados para substituir os Computadores Clássicos, pois tal não acontecerá nas próximas décadas. Para além de serem extremamente difíceis de fabricar são ainda mais difíceis de manter. Mas aquilo que podemos vir a alcançar com a sua ajuda é demasiado empolgante para alguma vez a investigação nesta área abrandar. Sem dúvida, os Computadores Quânticos irão mudar o Mundo.

Em Portugal também já há quem realize experiências com átomos aprisionados a baixíssimas temperaturas: fotões entrelaçados (emaranhados), pinças ópticas, pontos quânticos e ressonância magnética nuclear. Estes fenómenos de efeitos do ambiente em sistemas quânticos, propriedades de estados emaranhados, estados entrelaçados de fotões gémeos, e algoritmos computacionais são do mais intrigante que há. Fotões gémeos são produzidos quando se ilumina um cristal com um feixe de laser intenso. Se um fotão do feixe incidente for aprisionado pelo cristal forma-se um par de fotões cujas propriedades se correlacionam fortemente entre si, ou seja, qualquer medida efetuada num deles, o outro apresenta a propriedade simétrica, mesmo que o par esteja a uma distância de milhares de quilómetros. Ora, isto permite uma nova forma de comunicação designada por Teletransporte. Mas atenção, não é a partícula que é transportada, mas sim o seu estado quântico, que é, em suma: INFORMAÇÃO.