Colocações Superficiais a Respeito da Computação Quântica

Tema – Tecnologia, Computação, Física

Computação Quântica, indubitavelmente este aspecto novo e controverso, mudará de forma drástica e cruel, o processamento de dados tal qual como conhecemos. Um determinado computador quântico permitirá que uma quantidade grande de dados e processos ocorra de forma simultânea em um mesmo circuito lógico do hardware. O assim denominado paralelismo quântico, irá possibilitar sob forma de sobreposição de estados da informação, emaranhamento e teletransporte, um processamento exponenciado de dados e obviamente processo computacionais. Isso certamente inclui a capacidade que um computador quântico tiver de fatoração de números. E haverá de forma insopitável, sérios problemas na questão da segurança da informação, pois os atuais sistemas criptográficos são baseados em chaves de codificação e decodificação assimétricas, onde a mensagem é criptografada com numerais extensos e intrincados, mas fatoráveis.

Na Computação Quântica a denominação de “bit”, utilizada na computação clássica, tem o seu análogo “quantum bit” ou simplificadamente “qubit”, podendo ser chamado de “qbit”. O processamento do qbit é realizado pela evolução em escala temporal do estado inicial do sistema. No final do processamento é realizada a leitura, pois é o momento em que é realizada a medição. De maneira simplificada, a Computação Quântica exige indubitavelmente os seguintes passos:

1º – preparação do estado inicial do sistema, como: estado |00001111>;

2º – realização das transformações unitárias “U”, para tornar possível a implementação de um determinado algoritmo, na qual resultando basicamente em: |estado f> = U |estado i;

3º ao final do algoritmo é realizada uma medição estimada e projetiva na base computacional, como: | i > < i |estado f> passa | i>, i = 0, 1. Quando lida-se com qbits, a matriz U tem a dimensão 2n X 2n, já que possui-se no “estado” zeros (0) e uns (1) bits.

Neste caso temos para 2 qbits, a descrição n = 2, e a matriz representativa do vetor do estado na base computacional é de dimensão 2², e a operação unitária sobre o referido vetor que detalha o estado, representa-se por uma matriz U: 2² x 2². “U”, pode ser decomposto em produtos de matrizes unitárias, e agindo sobre os qbits, denominadas portas lógicas quânticas.

O funcionamento de um computador quântico pode ser representado por circuitos, qe por intermédio de fios conduzem os qbits, e as suas portas lógicas. As portas lógicas são operadores unitários que agem num determinado estado do registro ou da memória.

Outro aspecto pertinaz da Computação Quântica são as questões inerentes à medição. Entretanto a medição quântica em geral gera a perturbação do estado do qbit. E está perturbação da medição é de natureza irreversível, pois parte da informação quântica sobre o sistema é perdida. Uma vez que |estado quântico> = alfa|0> + beta|1>, medição realizada na base computacional, é incapaz de indicar a valoração de alfa e beta pertencem a classe de números. Para isso necessita-se de medições mais completas. Estas medições diretas na base computacional irão ter como resultados:

p0 = |alfa|² , |estado> |0>

p1 = |beta|² , |estado> |1>.

Onde p0 = |alfa|², constitui-se na probabilidade associativa para obter-se o autovalor = +1 do projetor P00 = |0><0| quando da medição realizada, no caso o estado do qbit colapsa e passa para o estado |0>, quando da medição p1 = |beta|², e a probabilidade da obtenção do autovalor +1 do projetado para P11 = |1><1| para o estado do qbit entra em colapso para o estado |1> quando do término da medição.

O paralelismo quântico é uma propriedade importante e indissociável dos computadores quânticos. Consiste em realizar várias tarefas simultâneas, com grandes volumes de dados e operações. Exemplificadamente o paralelismo quântico torna possível calcular-se f (x), para os diferentes valores de x em simultâneo. Em que U|x,y> = |x,y estão em f (x)>; sendo x = 0,1 e f(x) = 0,1. Então se y=0; U|x,0> = |x,f (x)>, sendo a saída f(x).

Pertinente ao teletransporte quântico a curta distância desenvolve um papel relevante no tangente ao transporte de informação. Informações quânticas estas que, dentro de computadores quânticos têm o poder de exponenciar o processamento das informações. O teletransporte quântico é um processo em que um qbit é transmitido de um local ao outro sem atravessar o espaço físico.

A Computação Quântica é um processo inevitável, insopitável e irreversível. Evidentemente que a temporalidade para a sua implementação não poderá ser estimada. As tecnologias demoram certo tempo para chegarem ao público em geral, quando da sua fase de incubação para a utilização massiva. Os conceitos quânticos são ainda estranhos aos olhos tanto dos físicos, bem como do público em geral. A aplicação da mecânica quântica já tem e terá impacto drástico na ciência da computação, colocando verdadeiramente em xeque a até então inatacável máquina de Turing.

Fonte: Introdução à Computação e Informação Quântica – N. G. de Almeida.