O que é a supremacia quântica?

2 semanas ago
92 Views
O que é a supremacia quântica?

A façanha de ser capaz de resolver um problema aparentemente impossível para o maior supercomputador é denominada supremacia quântica.  Você já olhou para um problema de matemática na sala de aula e imediatamente se virou e disse a si mesmo com 100% de certeza: “Uau, isso é impossível de resolver”. Se assim for, seja bem-vindo ao clube. Se não, bem, sua aula de matemática obviamente não foi desafiadora o suficiente.

De qualquer forma, pense nesse único problema matemático de matemática. Você fez várias tentativas, usou todos os teoremas e hacks em seu arsenal matemático, mas simplesmente não conseguiu decifrá-lo. Digamos que você tenha um supercomputador à mão. Você o carrega, coloca o problema de matemática e pronto , ele cospe a resposta em questão de segundos, deixando você se sentindo totalmente inadequado. Bem, é assim que os supercomputadores se sentem quando enfrentam um computador quântico.

Existem alguns problemas matemáticos complicados que levariam milhares de anos até o supercomputador mais poderoso do mundo. Teoricamente, um computador quântico poderia resolver esses problemas em questão de minutos. Esse feito de resolver um problema aparentemente impossível para o maior supercomputador é chamado supremacia quântica.

computador quântico

Essas potentes máquinas de computação podem eventualmente resolver os problemas mais impossíveis que a humanidade enfrenta (Crédito da foto: Flickr)

O que é um computador quântico?

Um computador quântico é aquele que funciona com base nas leis da mecânica quântica. Os dispositivos de computação, desde o smartphone até um supercomputador do tamanho de uma sala, têm a função principal de armazenar e manipular dados.

Tradicionalmente, os computadores armazenam informações na forma de bits que existem no estado binário de 1 ou 0. Todas as manipulações de dados são basicamente a modificação desses bits infinitesimais de 1s e zeros. Por outro lado, os computadores quânticos têm a mesma função primária com uma diferença crítica; eles armazenam e manipulam dados, aproveitando propriedades mecânicas quânticas, como superposição e emaranhamento.

Nos computadores quânticos, os dados são armazenados na forma de bits quânticos, comumente reduzidos a qubits. Qubits são diferentes dos bits convencionais, pois podem existir como 1 e 0 ao mesmo tempo em virtude da superposição. Além disso, os qubits podem se entrelaçar e se comportar como um sistema; esses dois qubits poderiam ser mantidos em extremos opostos do universo e ainda manteriam uma forte correlação entre si. Vamos descomplicar um pouco mais esse conceito inebriante.

O que é superposição?

uma moeda de dez rublos fica na borda (Alexander Sobol) s

Uma moeda girando em sua borda é uma cabeça e uma cauda (Crédito da foto: Alexander Sobol / Shutterstock)

Imagine tudo como uma moeda. A moeda pode ter um valor de cara ou coroa. Cada bit armazenará um valor de cara (1) ou coroa (0). Ao contrário, os qubits podem ser imaginados como moedas que estão constantemente girando, nunca ficando no chão. Nesse estado de rotação, você nunca poderia dizer com firmeza se uma moeda era uma cabeça ou uma cauda. De fato, a moeda permaneceria nos dois estados ao mesmo tempo.

Portanto, um qubit pode armazenar um valor de cara (1) e coroa (0) ao mesmo tempo. Essencialmente, isso é superposição.

O que é emaranhamento quântico?

Agora imagine que duas dessas moedas sempre exibem um resultado correlacionado, o mesmo ou exatamente o oposto. Se a moeda A mostra as cabeças, a moeda B mostra automaticamente as cabeças. Ou, se estiverem correlacionados de maneira oposta, quando a moeda A mostra cara, a moeda B mostra automaticamente coroa.

Essa propriedade de partículas quânticas se ‘entrelaçar’ umas com as outras e se comportar como um forte sistema de correlação, mesmo através de distâncias interestelares, é chamada emaranhamento quântico. Einstein descreveu esta propriedade como “ação assustadora à distância”.

Conceito de dualidade da física quântica de um fóton (plotagem) S

ação assustadora à distância (Crédito da foto: plotplot / Shutterstock)

Essas e várias outras propriedades quânticas “assustadoras” estão sendo aproveitadas para realizar alguns dos cálculos mais complexos em computadores quânticos todos os dias. Então, quais são esses cálculos bizarros que são aparentemente impossíveis de serem descobertos até pelos supercomputadores mais poderosos?

O que é o algoritmo de Shor?

Um dos exemplos mais famosos é o algoritmo de Shor, um algoritmo que, em teoria, poderia quebrar muitos dos nossos modernos sistemas de criptografia. Eu digo “em teoria” porque não é tão fácil quanto parece. Antes de entrarmos nos detalhes do algoritmo de Shor, vamos tentar entender o básico da criptografia, pelo menos o suficiente para fornecer um contexto no qual o algoritmo de Shor pode ser útil. A criptografia é fundamentalmente uma maneira de embaralhar dados para que olhares indiscretos não possam decifrar o que está sendo compartilhado.

Conceito de negócios, tecnologia, internet e redes (13_Phunkod) S

Os algoritmos de criptografia embaralham seus dados preciosos, tornando-os ilegíveis para olhares indiscretos (Crédito da foto: 13_Phunkod / Shutterstock)

Digamos que James Bond queira transferir alguns arquivos secretos que roubou do covil escondido de Goldfinger. Antes que ele possa compartilhar os arquivos com M, ele os criptografa além do reconhecimento ‘bloqueando’ os arquivos com um número de mais de 500 dígitos. Para M descriptografar os arquivos, ela precisa de uma ‘chave’, que seria o principal fator desse número complexo.

Todos nós sabemos como a fatoração primária funciona. Fizemos isso em dezenas de vezes na escola. No entanto, lidamos apenas com números com 2 ou talvez 3 dígitos, no máximo. Fatorar um número de 500 dígitos é uma tarefa séria! Se você quiser quebrar o ‘bloqueio’ que James Bond colocou nesses arquivos secretos, tente adivinhar todos os fatores primos do número de 500 dígitos.

Deixe-me poupar algum tempo e dizer que é impossível. Mesmo um supercomputador que faz suposições arbitrárias levaria milhares de anos para ter sucesso em quebrar esse ‘bloqueio’.

O que o algoritmo de Shor faz é tornar a adivinhação um pouco mais precisa. Digamos que o computador adivinhe o número 7. Você pode descobrir que isso é um fator ou não. Essas informações são utilizadas no algoritmo de Shor para obter uma estimativa mais fundamentada para o próximo número, o que pode ser um fator primordial.

Embora esse processo ainda seja iterativo, reduz significativamente o tempo necessário para obter sucesso na tarefa. Onde uma vez demorou 2000 anos, o algoritmo de Shor poderia fazê-lo em 500. Não é um período ideal, mas, ei, uma redução de 75% é um grande negócio!

O que é a supremacia quântica?

Peter Shor nunca quis que seu algoritmo fosse usado por um supercomputador clássico rodando por 300 anos procurando fatores primos. Shor criou o algoritmo como pesquisador no Bell Labs, AT&T, onde estava concentrado na solução de problemas matemáticos complexos.

Ele imaginou que em um futuro distante, os humanos poderiam projetar com sucesso um computador poderoso o suficiente para executar seu algoritmo dentro de um prazo razoável. No dia em que um computador quântico pudesse executar algoritmos matemáticos complexos como o de Shor, que são quase impossíveis de serem resolvidos pela atual tecnologia de computação, teria alcançado a supremacia quântica.

Cérebro Cibernético.  Chip eletrônico em forma de cérebro humano no ciberespaço eletrônico (Sergey Tarasov) s

Diz-se que um computador que pode resolver um problema impossível para um computador clássico alcançou a supremacia quântica (Crédito da foto: Sergey Tarasov / Shutterstock)

Com empresas como Google e IBM dedicando recursos preciosos ao desenvolvimento da computação quântica, uma potência de quebra de código bem-sucedida pode não estar tão distante quanto Shor imaginava. De fato, o computador quântico do Google já alcançou a supremacia quântica no mês passado ao resolver um problema de matemática semelhante, embora artificial, mais rápido que o supercomputador clássico mais rápido. O problema, que foi estimado em um supercomputador por 10.000 anos, foi resolvido pelo computador quântico do Google em 3 minutos e 21 segundos.

Mountain View, Califórnia, EUA - 15 de agosto de 2016 Sinal do Google em um dos edifícios do Google (Benny Marty) s

O computador quântico do Google alcançou recentemente a supremacia quântica (Crédito da foto: Benny Marty / Shutterstock)

Alcançar a supremacia quântica é importante. A conquista do Google marca a primeira vez que um processador quântico resolveu com êxito algo que um computador clássico não conseguiu. No entanto, a máquina do Google foi construída para resolver esse problema complexo e singular.

A importância desse fato é simples: resolver esse problema não tem aplicações práticas. Simplesmente atua como prova de conceito para a existência de tecnologias em um futuro próximo que pode resolver complexidades do mundo real, como o algoritmo de Shor.

Além disso, quebrar o algoritmo de Shor pode não ser o fim de toda a criptografia, como os blogs populares podem fazer você acreditar. Só porque você cria uma chave universal que pode quebrar qualquer bloqueio, não significa que nunca possamos criar um bloqueio melhor.

Os computadores quânticos do futuro, aqueles que considerariam a supremacia quântica concedida, poderiam dar origem à criptografia quântica, que seria ainda mais segura e tornaria o algoritmo de Shor nada mais que um conceito teórico interessante do passado.

Referências:

  1. Universidade de Cornell 
  2. Universidade de Stanford
  3. The Financial Times
  4. O economista

Gilvan Alves

22 Anos de idade, Técnico em Rede de Computadores, Sempre em busca de aprender algo novo todos os Dias!

Últimos posts por Gilvan Alves (exibir todos)

Gostou? Comente e Compartilhe com seus Amigos...
Like
Like Love Haha Wow Sad Angry

Comments

Leave a Comment

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *