Computadores Quânticos

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O conceito da teoria quantica aplicada aos computadores.

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Computadores Quânticos

  1. 1. Computadores quânticos <ul><li>Como os computadores Quãnticos funcionam </li></ul><ul><li>A massiva quantidade de processamento gerada pelos fabricantes de computadores não tem contudo podido extinguir nossa sede de velocidade e capacidade da computação. Em 1947, um engenheiro de computação , o americano Howard Aiken, afirmou que seis computadores digitais eletrônicos satisfariam toda a necessidade de computação dos Estados Unidos. Outros fizeram profecias errôneas sobre a quantia da capacidade de computação que apoiaria nossas necessidades tecnológicas crescentes. Claro que, Aiken tinha a capacidade de prever a grandes quantidades de dados geradas pela pesquisa científica e pela proliferação dos computadores pessoais ou pelo aparecimento da Internet a qual canalizou cada vez mais o aumento do poder da computação. </li></ul><ul><li>Nós sempre teremos a quantidade de poder da computação que nós precisamos, ou desejamos? Se, como a Lei de Moore declara, o número de transistores em um microprocessador continua dobrando a cada 18 meses, no ano 2020 ou 2030 teremos os circuitos dos microprocessadores medidos em escala atômica. E o próximo passo lógico será criar computadores Quãnticos que usarão o poder dos átomos e moléculas para executar as tarefas da memória e processamento. </li></ul>
  2. 2. Computadores quânticos <ul><li>Os Computadores Quãnticos têm o potencial para executar bilhões de cálculos mais rapidamente do que qualquer computador silicone-baseado. </li></ul><ul><li>Os cientistas já construíram computadores Quãnticos básicos que podem executar certos cálculos; mas um computador quãntico prático ainda demorará anos. Se você não puder esperar 20 ou 30 anos para descobrir os detalhes do primeiro computador com processadores quãnticos, leia esta edição e você aprenderá o que um computador quãntico é, e o que será usado na próxima era da computação. </li></ul><ul><li>Definindo o Computador Quãnticos </li></ul><ul><li>Você não tem ir muito longe para achar as origens da computação quãnticq. Enquanto os computadores apareceram ao redor século XX, a computação Quantum foi teorizada há pouco mais de 20 anos atrás pelos físicos do Laboratório Nacional de Argonne. À Paul Benioff é creditado o primeiro uso da teoria quântica em computadores em 1981. Benioff teorizou sobre a criação da máquina quântica de Turing. </li></ul>
  3. 3. Computadores quânticos <ul><li>A maioria dos computadores digitais, como o que você está usando para ler este artigo, está baseado na Teoria de Turing. </li></ul><ul><li>A máquina Turing, foi desenvolvida por Alan Turing nos anos trinta, consiste de uma fita de comprimento ilimitado que é dividida em pequenos quadrados. Cada quadrado pode armazenar um símbolo (1 ou 0) ou um espaço em branco à esquerda. Um dispositivo ler escrever ( read/write) lê estes símbolos e espaços em branco que dão à máquina instruções para executar um certo programa. Isto soa familiar? Bem, máquina Quantum de Turing, a diferença é que a fita existe em um estado Quantum, enquanto o cabeçote lê ou escreve. Isto significa que os símbolos na fita podem ser 0 ou 1 ou um superposição de 0 e 1. </li></ul><ul><li>Enquanto a máquina Turing normal pode executar apenas um cálculo de cada vez, a máquina quãntica de Turing pode imediatamente executar muitos cálculos. </li></ul><ul><li>Os computadores atuais, como uma máquina de Turing, trabalham manipulando bits que existem em um dos dois estados, como 0 ou 1. Computadores Quãnticos não são limitados a dois estados; eles codificam a informação como pedaços quãnticos, ou qubits. Um qubit pode ser um 1 ou 0, ou pode existir em superposição que é simultaneamente ambos,1 e 0, ou em algum lugar entre eles. </li></ul>
  4. 4. Computadores quânticos <ul><li>Os Qubits representam átomos que estão trabalhando para agir junto à memória do computador e do processador. Já que um computador quãntico pode conter estes estados múltiplos simultaneamente, tem o potencial de ser milhões de vezes mais poderoso que a maioria dos supercomputadores atuais. </li></ul><ul><li>Esta superposição de qubits é o que dá aos computadores quãnticos o seu paralelismo. De acordo com físico David Deutsch, este paralelismo permite a um computador quãntico trabalhar imediatamente com um milhão de computações, enquanto seu PC trabalha uma a uma. Um computador quãntico de 30 qubit teria o poder de processamento de um computador convencional que processasse a 10 teraops, ou seja trilhões de operações por segundo. Os supercomputadores mais rápidos do mundo só alcançam velocidades de cerca de 2 teraops. </li></ul><ul><li>Os computadores quãnticos também utilizam outro aspecto da mecânica do Quantum conhecido como embaraço. Um dos problemas com a idéia dos computadores Quantum é que se você tentar olhar as partículas subatômicas, você poderia abarroá-los, e assim mudar seu valor. Mas na física do Quantum, se você aplica uma força externa sobre dois átomos, pode emaranhá-los, e o segundo átomo pode assumir as propriedades do primeiro. </li></ul>
  5. 5. Computadores quânticos <ul><li>E se deixado isolado, um átomo girará em todas as direções; mas no momento em que é perturbado, escolhe um giro, ou um valor; e ao mesmo tempo, o segundo átomo escolherá um giro oposto, ou valor. Isto permite que os cientistas saibam o valor do qubits sem precisar vê-los, que os leva de volta aos estados de 1's ou 0's. </li></ul><ul><li>Os computadores quãnticos </li></ul><ul><li>Computadores quãnticos poderão um dia substituir os chips de silicone, assim como o transistor uma vez substituiu o tubo de vácuo. </li></ul><ul><li>Mas por agora, a tecnologia exigida para desenvolver um computador quãntico está além do nosso alcance. A maioria das pesquisas em computação Quantum ainda é muito teórica. Os computadores quãnticos mais avançados não foram além de manipular mais de 7 qubits e significa que eles ainda estão na fase &quot; 1 + 1 &quot; . </li></ul><ul><li>Porém, os potenciais são baseadas em que computadores quãnticos um dia poderão executar, mais depressa e facilmente, os cálculos que são inacreditavelmente demorados nos computadores convencionais. </li></ul>
  6. 6. Computadores quânticos <ul><li>Diversos avanços chaves foram feitos no Quantum nos últimos dois anos. Aqui está um visão de alguns dos computadores quãnticos que foram desenvolvidos: </li></ul><ul><li>Em agosto de 2000, os investigadores do Centro de Pesquisa da IBM-Almaden desenvolveram o que eles reivindicaram ser o computador quãntico mais avançado desenvolvido até agora. Um computador Quantum de 5-qubit foi projetado para permitir que núcleos de cinco átomos de fluorine pudessem interagir entre si como qubits, tendo sido programado por freqüência de pulsos rádio e testado por instrumentos de ressonância magnética nuclear (NMR) semelhante a esses usados em hospitais. </li></ul><ul><li>Conduzido pelo Dr. Isaac Chuang, o time da IBM pôde resolver em um passo um problema matemático que os computadores convencionais só resolveriam em ciclos repetidos. O problema, chamado de &quot; achando a ordem&quot; , envolvia descobrir um período de uma função particular, um aspecto típico de muitos problemas matemáticos que envolvem criptografia. </li></ul><ul><li>Em março de 2000, os cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos anunciaram o desenvolvimento de um computador de 7-qubit dentro de uma única gota de líquido. </li></ul>
  7. 7. Computadores quânticos <ul><li>O computador quãnticos usa NMR para manipular partículas nos núcleos atômicos de moléculas de acido transcrotonico, um fluido simples que consiste de moléculas compostas de seis átomos de hidrogênio e quatro de carbono. O NMR é usado para aplicar pulsações eletromagnéticas que forçam as partículas a se alinhar. Estas partículas em posições paralelas ou como contadores do campo magnético permite o computador Quãnticos para imitar a informação-codificação nos bits dos computadores digitais. </li></ul><ul><li>Em 1998, em Los Alamos e investigadores de MIT conseguiram separar um único qubit por três giros nucleares em cada molécula de uma solução líquida de alanine ou moléculas de tricloroetileno. Separando o qubit o fizeram mais difícil de se corromper e permitiram que os investigadores usar o embaraçamento para estudar as interações entre os estados como um método indireto para analisar a informação do Quantum. </li></ul><ul><li>Se pudermos construir computadores quãnticos funcionais, eles serão valiosos em fabricar grandes números, e então extremamente útil na decodifição e codificação de informações secretas. Se um deles fosse construído hoje, nenhuma informação sobre a Internet estaria segura. </li></ul>
  8. 8. Computadores quânticos <ul><li>Nossos métodos atuais de criptografia são simples comparados aos métodos complicados e possíveis a serem criados pelos computadores quãnticos. </li></ul><ul><li>Também poderiam ser usados para pesquisar grandes bancos de dados em uma fração do tempo comparado a um computador convencional. </li></ul><ul><li>Mas a computação quãntica ainda está em suas fases iniciais de desenvolvimento, e a tecnologia necessária para a criação de um computador quãntico ainda levará anos. </li></ul><ul><li>Um computador quãntico terá que ter pelo menos uma dúzia de qubits para poder resolver problemas do mundo real, e assim servir como um método de computação viável. </li></ul>

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