A promessa de uma nova era para a computação avançada. É assim que pode ser descrito o anúncio feito pela canadense D-Wave no ultimo mês. A empresa prometeu entregar o primeiro computador quântico comercial em 2008 e demonstrou via videoconferência um protótipo em funcionamento, causando polêmica pela falta de um modelo físico que saciasse a curiosidade dos mais céticos, mas gerando entusiasmo pela perspectiva de uma solução para os problemas mais complexos que sequer os mais poderosos supercomputadores clássicos são capazes de resolver.
Mas o que muda, afinal, com a computação quântica? Para responder essa pergunta, é preciso passar rapidamente por alguns conceitos da mecânica quântica, ramificação da física cujos princípios são utilizados na computação quântica.
Um dos principais conceitos propostos pela mecânica quântica que é importado para a computação quântica é o princípio da superposição. Pela mecânica quântica, uma partícula pode estar em diferentes estados simultaneamente. Isso significa que ela pode estar em diferentes posições ou diferentes tempos – passado e futuro.
“O entendimento disso não é muito fácil porque não tem paralelo no mundo clássico”, admite o pesquisador Renato Portugal, do Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), do Ministério da Ciência e Tecnologia. “A gente tem que acreditar por ser a única explicação plausível para fenômenos que se observa no mundo subatômico. Isso não entra em contradição com o mundo que a gente conhece porque lá os fenômenos são muito rápidos”, complementa.
A apropriação deste princípio pela computação tem um efeito ainda mais estranho, à primeira vista: enquanto o bit, unidade que representa um caractere de dado na computação clássica só pode assumir o valor zero ou o valor um. Já o qubit, equivalente na computação quântica, pode assumir os valores zero e um ao mesmo tempo.
“O bit clássico assume ou valor zero ou um. Isso vem da própria física clássica - não é possível sobrepor duas coisas diferentes. O que a mecânica quântica diz, por incrível que pareça, é que os dois estados - zero e um - podem coexistir fisicamente”, resume o pesquisador.
Outro princípio da mecânica quântica que fundamenta este novo modelo de computação é o conceito de emaranhamento. “Quando o sistema é emaranhado dá pra descrevê-lo como um todo, mas quando se olha para as partes você não consegue descrever o seu estado. Mais que isso, a mecânica quântica diz que não existe o estado, o sistema só existe enquanto estar junto, como o todo. Como se diz no popular, o todo não é a soma das partes”, brinca o professor.
Na prática, essa combinação de princípios na computação é poderosa. Ela permite que o computador quântico seja capaz de lidar com problemas que envolvem um volume de dados complexos e variáveis com os quais o computador clássico não é capaz de lidar.
“O problema usado como exemplo típico é aquele em que você tem o número de telefone da pessoa e quer descobrir o nome. A questão é que as listas não estão ordenadas por número e sim por nomes”, explica o pesquisador. “Não há nada estruturado que diga onde procurar o número e você tem que olhar os nomes um a um. Como a lista é muito grande, você desiste de fazer isso”, explica.
“Já na computação quântica, você poderia fazer de maneira mais rápida porque é possível testar as diferentes possibilidades ao mesmo tempo. A idéia é que você pegaria todos os números da lista e colocaria no estado de superposição. Então você executa o cálculo, que seria processar o nome associado ao telefone em todos os números ao mesmo tempo. É o chamado paralelismo quântico”, detalha.
Na computação clássica, o mesmo problema teria que ser processado de forma serial (com um cálculo sendo processado em seguida do outro) ou em computação paralela, o que exigiria muitos processadores. “Na computação quântica, estamos falando de um único processador. Você consegue fazer cálculos com diferentes valores ao mesmo tempo”, explica Portugal.
“É claro que no caso da lista você poderia simplesmente ordenar os números, mas há outros problemas que não podem ser ordenados porque não tem estrutura nenhuma”, esclarece o pesquisador. De acordo com ele, vários ramos da indústria hoje lidam com problemas altamente complexos e poderiam se beneficiar muito da computação quântica.
Mas segundo o pesquisador não é apenas nos problemas de otimização – como são conhecidos problemas não-estruturados, como o exemplo da lista telefônica – que a computação quântica oferece ganhos. A primeira aplicação a revelar o potencial da computação quântica ficou conhecida como algoritmo de Shor, descrito em 1994, por Peter Shor.
“Ele permite achar divisores de um número inteiro de maneira muito eficiente, mesmo quando falamos de números muito grandes. Não há nenhum algoritmo equivalente na computação clássica. Foi a primeira comprovação em termos de software de que a computação quântica seria útil”, explica o cientista, acrescentando: “Os problemas de otimização têm ganho de velocidade na computação quântica, mas não tão grande quanto o algoritmo de Shor. É um ganho exponencial”.
Fonte: http://idgnow.uol.com.br/computacao_corporativa/2007/03/19/idgnoticia.2007-03-19.3013831963
Mas o que muda, afinal, com a computação quântica? Para responder essa pergunta, é preciso passar rapidamente por alguns conceitos da mecânica quântica, ramificação da física cujos princípios são utilizados na computação quântica.
Um dos principais conceitos propostos pela mecânica quântica que é importado para a computação quântica é o princípio da superposição. Pela mecânica quântica, uma partícula pode estar em diferentes estados simultaneamente. Isso significa que ela pode estar em diferentes posições ou diferentes tempos – passado e futuro.
“O entendimento disso não é muito fácil porque não tem paralelo no mundo clássico”, admite o pesquisador Renato Portugal, do Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), do Ministério da Ciência e Tecnologia. “A gente tem que acreditar por ser a única explicação plausível para fenômenos que se observa no mundo subatômico. Isso não entra em contradição com o mundo que a gente conhece porque lá os fenômenos são muito rápidos”, complementa.
A apropriação deste princípio pela computação tem um efeito ainda mais estranho, à primeira vista: enquanto o bit, unidade que representa um caractere de dado na computação clássica só pode assumir o valor zero ou o valor um. Já o qubit, equivalente na computação quântica, pode assumir os valores zero e um ao mesmo tempo.“O bit clássico assume ou valor zero ou um. Isso vem da própria física clássica - não é possível sobrepor duas coisas diferentes. O que a mecânica quântica diz, por incrível que pareça, é que os dois estados - zero e um - podem coexistir fisicamente”, resume o pesquisador.
Outro princípio da mecânica quântica que fundamenta este novo modelo de computação é o conceito de emaranhamento. “Quando o sistema é emaranhado dá pra descrevê-lo como um todo, mas quando se olha para as partes você não consegue descrever o seu estado. Mais que isso, a mecânica quântica diz que não existe o estado, o sistema só existe enquanto estar junto, como o todo. Como se diz no popular, o todo não é a soma das partes”, brinca o professor.
Várias variáveis
Na prática, essa combinação de princípios na computação é poderosa. Ela permite que o computador quântico seja capaz de lidar com problemas que envolvem um volume de dados complexos e variáveis com os quais o computador clássico não é capaz de lidar.
“O problema usado como exemplo típico é aquele em que você tem o número de telefone da pessoa e quer descobrir o nome. A questão é que as listas não estão ordenadas por número e sim por nomes”, explica o pesquisador. “Não há nada estruturado que diga onde procurar o número e você tem que olhar os nomes um a um. Como a lista é muito grande, você desiste de fazer isso”, explica.
“Já na computação quântica, você poderia fazer de maneira mais rápida porque é possível testar as diferentes possibilidades ao mesmo tempo. A idéia é que você pegaria todos os números da lista e colocaria no estado de superposição. Então você executa o cálculo, que seria processar o nome associado ao telefone em todos os números ao mesmo tempo. É o chamado paralelismo quântico”, detalha.
Na computação clássica, o mesmo problema teria que ser processado de forma serial (com um cálculo sendo processado em seguida do outro) ou em computação paralela, o que exigiria muitos processadores. “Na computação quântica, estamos falando de um único processador. Você consegue fazer cálculos com diferentes valores ao mesmo tempo”, explica Portugal.
“É claro que no caso da lista você poderia simplesmente ordenar os números, mas há outros problemas que não podem ser ordenados porque não tem estrutura nenhuma”, esclarece o pesquisador. De acordo com ele, vários ramos da indústria hoje lidam com problemas altamente complexos e poderiam se beneficiar muito da computação quântica.
Mas segundo o pesquisador não é apenas nos problemas de otimização – como são conhecidos problemas não-estruturados, como o exemplo da lista telefônica – que a computação quântica oferece ganhos. A primeira aplicação a revelar o potencial da computação quântica ficou conhecida como algoritmo de Shor, descrito em 1994, por Peter Shor.
“Ele permite achar divisores de um número inteiro de maneira muito eficiente, mesmo quando falamos de números muito grandes. Não há nenhum algoritmo equivalente na computação clássica. Foi a primeira comprovação em termos de software de que a computação quântica seria útil”, explica o cientista, acrescentando: “Os problemas de otimização têm ganho de velocidade na computação quântica, mas não tão grande quanto o algoritmo de Shor. É um ganho exponencial”.
Fonte: http://idgnow.uol.com.br/computacao_corporativa/2007/03/19/idgnoticia.2007-03-19.3013831963
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