Informática

Mais um passo rumo ao computador quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2003

Uma equipe de físicos da Universidade de Maryland (Estados Unidos), liderados pelo Dr. Fred Wellstood, deu mais um passo rumo à computação quântica, demonstrando a existência de estados entrelaçados ("entangled states") entre dois qubits (bits quânticos), cada um criado com um tipo de circuito de estado sólido conhecido como junção Josephson.

A pesquisa, publicada no último número da revista Science, representa o último avanço no esforço dos cientistas para a aplicação das propriedades da física quântica na criação de computadores mais poderosos do que os atuais supercomputadores.

Estado entrelaçado ("entangled state") é um efeito de mecânica quântica que torna difusa a distinção entre partículas individuais, de tal forma que é impossível descrever as duas partículas separadamente, não importando a distância pela qual as duas estejam fisicamente separadas. Esta propriedade é chave para o imenso poder da computação quântica porque ela permite ao computador verificar cada resposta possível para um problema de uma única vez.

O que é computador quântico?

Um bit é a menor unidade de dado em um computador. Nos computadores eletrônicos atuais, o bit está sempre em um de dois estados possíveis. É por isto que se convencionou dizer que o bit pode ser 0 ou 1.

Com o entrelaçamento de partículas, um bit quântico, ou qubit, poderá ter não apenas seu valor individual (0 ou 1), mas também poderá ter infinitos valores de seus estados entrelaçados com cada um dos outros qubits. Dois bits podem representar ou armazenar apenas duas informações, mas dois qubits podem armazenar quatro dados ao mesmo tempo, os seus próprios e os resultantes de seu entrelaçamento.

Esta vantagem quântica aumenta exponencialmente à medida em que o número de qubits aumenta. Por exemplo, seis bits podem representar seis dados diferentes, enquanto seis qubits podem representar 2⁶=64 dados.

Dois enfoques da computação quântica

As pesquisas atuais para criar um computador quântico podem ser agrupadas em duas categorias:

A primeira categoria consiste de pesquisadores trabalhando com partículas atômicas ou sub-atômicas, tais como átomos e elétrons, para os quais a natureza quântica e os estados entrelaçados são inerentes. O principal desafio para esses pesquisadores é como passar da manipulação dessas partículas individualmente ou em pequeno número, para uma manipulação em larga escala que permita a construção de um computador quântico real.

A segunda categoria, na qual o Dr. Wellstood se enquadra, consiste de pesquisadores trabalhando com dispositivos eletrônicos de estado sólido, ao invés de partículas sub-atômicas. A distância que separa esses dispositivos de um computador quântico real é teoricamente muito mais fácil de se percorrer. O maior desafio desse enfoque de pesquisas é alcançar, em nível macroscópico, os estados quânticos naturalmente presentes no nível atômico. Esse é exatamente o significado da atual descoberta: o experimento mostra evidências importantes de que o comportamento quântico necessário está presente no nível macroscópico das junções Josephson.

Supercondutores

A junção Josephson utilizada nesta pesquisa é feita de dois supercondutores separados por uma camada isolante tão fina que os elétrons conseguem atravessá-la. A mecânica quântica permite que elétrons fluam através da camada isolante, um efeito não "aceitável" dentro dos parâmetros da física tradicional.

Estas junções são construídas com as mesmas técnicas utilizadas na fabricação de circuitos integrados, sendo possível, portanto, passar da experiência atual para uma que englobe milhares ou mais junções, necessárias para se construir um computador quântico real.