Como funciona um computador quântico?
*Este texto foi escrito por um colunista do TecMundo; saiba mais no final.
A Computação Quântica é uma das áreas da ciência que mais desperta interesse na atualidade. Isso se deve ao potencial que um computador quântico tem de revolucionar certas áreas da tecnologia, especialmente as relacionadas à criptografia. No momento, tais computadores ainda não atingiram esse potencial, mas isso pode ocorrer em breve.
Fica mais simples entender o funcionamento de um computador desse tipo quando o comparamos com um computador “clássico” (esse que você está usando nesse momento, mesmo que seja um smartphone ou tablet). Um computador clássico funciona com um sistema de processamento binário. Isto é, dentro dele, existem muitos transistores que operam em dois estados: ligado, associado ao número 1, e desligado, associado ao número 0.
O sistema binário é uma das bases da computação clássicaFonte: Shutterstock
Assim, utilizando circuitos elétricos associados, os computadores conseguem resolver problemas de lógica usando o valor desses estados binários. Por exemplo, em uma situação hipotética em que um computador precisaria resolver o problema de um viajante que precisa escolher uma estrada específica para chegar em seu destino, o computador tentaria todos os caminhos possíveis até encontrar o correto que leva o viajante até o destino desejado.
Os computadores quânticos, por sua vez, têm o potencial de resolver problemas como esses de maneira absurdamente mais rápida, e, se trocarmos os termos “caminhos possíveis” por “caracteres possíveis”, como em uma senha, por exemplo, começamos a entender o potencial que esse tipo de computador pode trazer.
Esse mecanismo de resolução mais rápida se justifica no chamado “princípio da superposição” que, assim como todo conceito quântico, não encontra um paralelo direto em nossa experiência cotidiana. Para tornar esse conceito mais palpável podemos analisar o famoso experimento de fenda dupla.
Representação da passagem da luz (como uma onda) em um experimento de fenda duplaFonte: Shutterstock
Nesse tipo de experimento, jogamos um feixe de luz em duas fendas bem finas. É razoável entendermos que a luz irá passar tanto por uma fenda, quanto por outra, de modo que, se colocarmos uma parede atrás das fendas, a luz que passa por cada uma delas interage e acaba produzindo uma interferência que é projetada na parede e pode ser observada com a presença de faixas claras e escuras na luz
Ilustração mostra o padrão de interferência produzido na parede de um laboratório pela interação da luz que passa por cada uma das fendasFonte: Shutterstock
Quando tornamos esse feixe de luz cada vez mais “fraco”, isto é, para que somente uma partícula básica de luz (chamada de fóton) seja emitida por vez, seria esperado que essa partícula passaria por uma fenda ou por outra. Porém, o que observamos é o mesmo padrão de interferência, como se o fóton estivesse interagindo com ele mesmo!
Esse fenômeno de uma partícula se comportar de maneiras distintas ao mesmo tempo, é devido ao princípio da superposição. Isso significa que, se não colocarmos um detector para identificar precisamente em qual das fendas o fóton está passando, ele passa nas duas fendas ao mesmo tempo, mesmo sendo uma partícula individual.
Pode parecer loucura, magia, ou algo nessa linha, mas ao analisarmos o problema dos caminhos do viajante, os computadores quânticos seriam capazes de testar todos os caminhos ao mesmo tempo. Isso reduz, e muito, o tempo necessário no processo de decodificação de senhas, por exemplo.
Isso tudo não quer dizer que você precise mudar urgentemente suas senhas, nem que, no futuro, todos teremos computadores quânticos. Mas é só mais uma maneira de avançarmos nosso entendimento sobre a Mecânica Quântica e as formas com as quais esse entendimento podem afetar a vida cotidiana.
Rodolfo Lima Barros Souza, professor de Física e colunista do TecMundo. É licenciado em Física e mestre em Ensino de Ciências e Matemática pela Unicamp na área de Percepção Pública da Ciência. Está presente nas redes sociais como @rodolfo.sou
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