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Primeiro computador quântico completo foi demonstrado

terça-feira, 11 ago 2009; \33\UTC\UTC\k 33 Deixe um comentário Go to comments

Da Physics World.

Primeiro computador quântico completo. A faixa mais escura do lado esquerdo da foto é a armadilha de íons (3.5 mm x 200 µm). Alterando a voltagem aplicada em cada eletrodo de ouro em contato com a armadilha, é possível deslocar os íons entre seis regiões diferentes.

Primeiro computador quântico completo. A faixa mais escura do lado esquerdo da foto é a armadilha de íons (3.5 mm x 200 µm). Alterando a voltagem aplicada em cada eletrodo de ouro em contato com a armadilha, é possível deslocar os íons entre seis regiões diferentes.

Um grupo de físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos Estados Unidos em Boulder, Colorado, demonstrou pela primeira vez um computador quântico completo.

O que é um computador quântico?

Em 1982, Richard Feynman especulou sobre a existência de um computador que utilizasse das leis da mecânica quântica para realizar tarefas inacessíveis a um sistema que obedece as leis da física clássica. Enquanto os computadores digitais modernos armazenam informação com base em dois estados possíveis do sistema (pictoriamente modelados pelos bits 0 e 1), o computador quântico obteria informação dos estados possíveis de uma molécula, átomo ou elétron. A diferença é que, por exemplo, para os estados admissíveis de polarização do elétron, embora há apenas dois estados de alinhamento da polarização (o número quântico de spin), o elétron pode ser colocado em uma superposição, o que quer dizer que há uma certa probabilidade não nula dele estar em cada um dos possíveis estados. Os estados quânticos de um sistema como fonte de informação é que se chama um qubit (abreviação de quantum bit).

Desde então teóricos demonstraram que os computadores quânticos podem de fato realizar tarefas inacessíveis aos sistemas clássicos. Em 1994, Peter Shor demonstrou um algoritmo de fatoração numérica para um computador quântico bem mais rápido que o disponível no digital. Enquanto os algoritmos digitais conhecidos requerem um número de etapas de cálculo que cresce exponencialmente com o tamanho do número a ser fatorado, o algoritmo quântico de Shor cresce apenas com uma potência. O algoritmo de Shor foi realizado experimentalmente em 2001 por um grupo na IBM Almaden e da Universidade de Stanford na Califórnia, Estados Unidos, um dos primeiros computadores quânticos que fatorou o número 15. Eles utilizaram como qubits os spins de núcleos de spin 1/2 19F e 13C.

Outra fonte de grande interesse na computação quântica é a criptografia quântica: o fato de que dois computadores quânticos podem trocar informação que é impossível fisicamente de ser descriptografada, porque ao observar a mensagem o qubit é destruído. Embora parece esotérico, o princípio é simples e quase óbvio: se Aline e Roberto compartilham um elétron que tem x% de chance de ter uma polarização para cima e (100-x)% para baixo e um interceptador escutar a mensagem, i.e. medir o spin do elétron, ele vai obter ou spin para cima ou spin para baixo. Uma vez que ele determinou o spin do elétron, o interceptador já sabe com 100% de certeza qual o spin e portanto perdeu toda a informação de x que era compartilhada por Aline e Roberto. O primeiro método de criptografia quântica foi elaborado em teoria por Charles Bennet e Gilles Brassard em 1984 na IBM Almaden, e hoje já possui diversas implementações com equipamentos eletrônicos.

O recente resultado do NIST

Até então já havia sido demonstrado individualmente quatro etapas necessárias para um computador quântico prático: 1) escrita/armazenamento de dados, 2) realizar operações lógicas, 3) transferir informações entre regiões diferentes separadas por distâncias macroscópicas e 4) ler o resultado. O experimento do NIST é o primeiro a realizar todas essas etapas em um equipamento integrado!🙂 O equipamento mantém dois íons de berílio com carga elétrica positiva em uma armadilha (vide figura). Um pulso de laser ultravioleta é utilizado para escrever informação nos qubits — quer dizer, excitar os átomos para estados de energia determinados pela freqüência do laser. Ao aplicar um campo elétrico na armadilha através dos eletrodos de ouro, os átomos são deslocados por distâncias macroscópicas (de até a ordem de 1 mm). Os pesquisadores realizaram quinze diferentes operações lógicas com os átomos repetidas cerca de 3 mil vezes e observaram que o equipamento mantinha consistência no resultado final da computação (quer dizer, a mesma situação inicial resultava na mesma resposta final) em 94% das vezes. É essencial que o processo de computação pode ser repetido sem perda de qualidade. Esse resultado é um avanço substancial em direção a um computador quântico escalonável, i.e. que pode ser formado de muitos qubits.

  1. segunda-feira, 24 ago 2009; \35\UTC\UTC\k 35 às 23:05:42 EST

    Muito bom post! Hoje mesmo (ou ontem, não lembro) tava lendo um artigo sobre segurança, com os computadores quânticos por vir. Eu mesmo adoraria pôr as mãos em um desses.😀

    Mas quem sabe um dia…
    Adorei o blog, primo. Descobri só agora mas já tá nos bookmarks.

    E se quiser dar uma lida no artigo;
    http://www.physorg.com/news168179517.html

    Abraços!

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