O fantástico processador quântico
Enviado por luisnassif, sab, 21/05/2011 - 09:25O FANTÁSTICO PROCESSADOR QUÂNTICO
Em 2007, a empresa canadense D-Wave, então recém-criada a partir dos laboratórios da Universidade da Colúmbia Britânica, afirmou ter construído o primeiro processador quântico .
Físicos de todo o mundo mostraram-se céticos com a alegação: o processador era interessante, mas todos duvidavam de que ele usasse fenômenos quânticos para funcionar...
Antes de continuarmos na reportagem da Revista Inovação Tecnológica vamos ver alguns termos usados no conceito da Quântica, no nível bem baixo, exatamente para um leigo como eu:
Wikipédia.
A palavra “quântica” (do Latim , quantum) quer dizer quantidade. Na mecânica quântica, esta palavra refere-se a uma unidade discreta que a teoria quântica atribui a certas quantidades físicas, como a energia de um elétron contido num átomo em repouso. A descoberta de que as ondas eletromagnéticas podem ser explicadas como uma emissão de pacotes de energia (chamados quanta) conduziu ao ramo da ciência que lida com sistemas moleculares, atômicos e subatômicos. Este ramo da ciência é atualmente conhecido como mecânica quântica.
A mecânica quântica é a base teórica e experimental de vários campos da Física e da Química, incluindo a física da matéria condensada , física do estado sólido , física atômica ,física molecular , química computacional , química quântica , física de partículas , e física nuclear . Os alicerces da mecânica quântica foram estabelecidos durante a primeira metade do século XX por Albert Einstein , Werner Heisenberg , Max Planck , Louis de Broglie , Niels Bohr , Erwin Schrödinger , Max Born , John von Neumann , Paul Dirac , Wolfgang Pauli ,Richard Feynman e outros. Alguns aspectos fundamentais da contribuição desses autores ainda são alvo de investigação.
Normalmente é necessário utilizar a mecânica quântica para compreender o comportamento de sistemas em escala atômica ou molecular.
O que é fisica quântica ?
Melhor resposta no Yahoo – daniezan:
Vou tentar ser o menos técnico possível. Bem, a física quântica surgiu no fim do século XIX/início do século XX para tentar explicar a cor da luz emitida por determinados materiais a determinadas temperaturas (calma, eu sei que isso ainda não explica nada). Para que se pudesse encontrar teoricamente o que era observado na prática, Max Planck supôs que a energia embutida nessa luz deveria ter valores bem determinados (não podia ter qualquer valor), ou seja, essa energia era "quantizada" (isso ficou provado por Einstein no seu trabalho sobre o efeito fotoelétrico). A partir daí os cientistas utilizaram estes conceitos para determinar propriedades dos movimentos em escala atômica (a chamada mecânica quântica). Como essas propriedades não podem ser determinadas absolutamente (pois nessa escala a medição interfere no movimento), estas foram definidas em termos de probabilidades. Daí o povo começou a achar que tudo é possível, já que, de acordo com a teoria quântica, você pode atravessar uma parede, ou coisa do gênero
A criogenia é um ramo da físico-química que estuda tecnologias para a produção de temperaturas muito baixas (abaixo de −150°C , de −238°F ou de 123 K
A supercondutividade é uma propriedade física. De característica intrínseca de certos materiais, quando resfriados a temperaturas extremamente baixas, tendem a conduzir corrente elétrica s sem resistência nem perdas.
Transformação adiabática é um processo de transformação termodinâmica na qual não há trocas de calor com o ambiente, apesar de haver variação térmica .
Qubit - Bit Quântico . Seria o equivalente num computador quântico, aos bits de um computador atual. Num computador quântico, cada partícula capaz de processar dados, seja um átomo, um elétron, um próton um íon, ou o que vier a ser usado, é chamada de qubit. Cada qubit possui quatro estados, ao contrário de um transistor, que possui apenas dois estados (ligado ou desligado).
Os estados são manifestados de acordo com o movimento da partícula, que pode mover-se tanto em sentido horário, quanto em sentido anti-horário, ou mesmo num terceiro estado, que ainda não é totalmente compreendido, onde os elétrons do átomo (e outras partículas) movem-se simultaneamente nas duas direções, totalizando quatro possibilidades, o que equivale a dois bits). Com isto, um computador quântico com 3 qubits, por exemplo, seria capaz de processar 8 bits de cada vez, um computador com 5 qubits seria capaz de processar 32 bits, outro com 6 qubits, processaria 128 bits de cada vez e assim por diante.
O efeito Josephson é um efeito físico que se manifesta pela aparição de uma corrente elétrica que flui através de dois supercondutores fracamente interligados, separados apenas por uma barreira isolante muito fina. Esta disposição é conhecida como uma Junção Josephson e a corrente que atravessa a barreira é chamada de Corrente Josephson. Este fenômeno tem aplicações muito importantes nos Circuitos Quânticos, tais como os SQUIDs (Superconducting quantum interference devices).
Um computador quântico é um dispositivo que executa cálculos fazendo uso direto de propriedades da mecânica quântica , tais como sobreposição e interferência. Teoricamente, computadores quânticos podem ser implementados e o mais desenvolvido atualmente trabalha com poucos qubits de informação. O principal ganho desses computadores é a possibilidade de resolver em tempo eficiente, alguns problemas que na computação clássica levariam tempo impraticável (exponencial no tamanho da entrada), como por exemplo, a fatoração em primos de números naturais. A redução do tempo de resolução deste problema possibilitaria a quebra da maioria dos sistemas de criptografia usados atualmente. Contudo, o computador quântico ofereceria um novo esquema de canal mais seguro.
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Processador Quântico É Realmente Quântico, Afirmam Cientistas
Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/05/2011
Caixa-preta quântica
Agora, pela primeira vez, a empresa decidiu publicar um artigo científico dando alguns detalhes sobre o funcionamento do seu processador e revelando o papel que a mecânica quântica representa em seu funcionamento.
Ao contrário de todas as pesquisas na área da computação quântica, que estimam que décadas de pesquisas ainda nos separam desses computadores futurísticos , o chip da D-Wave foi fabricado usando as técnicas tradicionais da microeletrônica, embora usando materiais supercondutores.
O processador possui 128 qubits supercondutores e 24.000 componentes conhecidos como junções Josephson , ou qubits de fase Josephson. Como todo material supercondutor, ele funciona sob temperaturas criogênicas.
"Nós já sabemos há algum tempo que esses processadores são extremamente eficazes em resolver os problemas para os quais eles foram projetados, mas esta é a primeira vez que nós pudemos abrir a caixa-preta e mostrar como eles exploram a mecânica quântica para resolver esses problemas," anunciou Geordie Rose, gerente de tecnologia da D-Wave.
Célula quântica
O artigo, publicado na revista Nature, descreve o funcionamento de um bloco do circuito do processador, uma célula, como eles o chamam. Ver fig. 2
A célula, uma das 16 que formam o processador quântico, é formada por oito qubits supercondutores de fluxo e 1.500 junções Josephson.
"Os pesquisadores tiraram uma série de 'fotografias' do comportamento da célula conforme ela executava um cálculo e mostraram que, usando o alto grau de controle embutido no circuito integrado, os efeitos quânticos podem ser precisamente controlados como desejado por um programador para acelerar os cálculos", afirmou a empresa em nota.
Processador quântico
O processador usa "bobinas" de fio supercondutor como qubits. Quando uma corrente elétrica circula por essas bobinas - daí o nome de qubits de fluxo - a energia é quantizada. Ver fig. 1
Os dois níveis mais baixos de energia - os elétrons circulando no sentido horário ou anti-horário - podem ser usados para representar os 0s e 1s.
O campo magnético associado com a corrente elétrica que percorre o qubit de fluxo também é quantizado, apontando num ou noutro sentido conforme a direção da corrente. O sentido desse campo magnético pode ser alterado usando um campo magnético externo.
O grande desafio para a construção de um computador quântico é manter os qubits com seus valores, sem que os dados sejam corrompidos por influências externas.
A empresa afirma que, usando uma propriedade chamada termalização quântica (quantum annealing) - dentro de um conceito conhecido como computação quântica adiabática -, seu processador mantém oito qubits acoplados, todos no menor nível de energia.
Cálculo quântico
Para fazer os cálculos, o processador liga e desliga as interações entre os diversos qubits.
Com isto, o estado de baixa energia do sistema em situação de não-interação deve evoluir naturalmente para o estado de baixa energia do sistema em interação - a resposta do cálculo estará codificada nas interações.
Os pesquisadores argumentam que os qubits de fato atingem seu menor estado de energia seguindo a mecânica quântica. "A evolução [do sistema] é consistente com a mecânica quântica, e não com a mecânica clássica," afirmam.
A empresa anunciou que pretende publicar novos artigos científicos nos próximos meses, dando mais detalhes do funcionamento do seu processador.
Fig.1- O processador usa "bobinas" de fio supercondutor como qubits. Quando uma corrente elétrica circula por essas bobinas - daí o nome de qubits de fluxo - a energia é quantizada, assim como o campo magnético resultante. [Imagem: Johnson et al./Nature]
Fig.2- O processador quântico possui 128 qubits supercondutores e 24.000 componentes conhecidos como junções Josephson, ou qubits de fase Josephson. [Imagem: D-Wave]
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