Construído um computador quântico com arquitetura clássica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/09/2011

O chip, batizado de quCPU, contém uma versão quântica de um computador de arquitetura von Neumann, operando em três camadas.
[Imagem: Erik Lucero]

Computador von Neumann quântico

Dois novos estudos publicados no exemplar desta sexta-feira da revista Science descrevem grandes avanços no desenvolvimento dos computadores quânticos.

Embora esta tecnologia ainda esteja em um estágio bastante inicial, no futuro os computadores quânticos poderão resolver problemas complexos demais para os computadores atuais, mesmo considerando seu avanço contínuo.

No primeiro estudo, um grupo dos Estados Unidos e do Japão apresenta nada menos do que uma versão quântica de um computador tradicional, que possui uma arquitetura chamada von Neumann - o seu PC é um computador desse tipo.

No computador von Neumann quântico, uma memória quântica de acesso aleatório pode ser programada através de uma CPU quântica, ambas construídas em um único chip, fornecendo os componentes-chave para uma versão quântica de um computador clássico.

Isto representa um novo paradigma no desenvolvimento da computação quântica.

A informação quântica (cubos azuis representam 0s e vermelhos representam 1s) é processada na camada superior da arquitetura e armazenada na camada intermediária, a memória quântica (cubos em ordem). A informação quântica já usada pode então ser deletada na camada inferior.
[Imagem: Peter Allen/UCSB]

CPU quântica

Os pesquisadores demonstraram dois componentes que estão no coração de cada computador: a unidade central de processamento e uma memória para armazenar tanto instruções quanto dados.

É, obviamente, uma máquina ainda rudimentar, baseada em uma série integrada de circuitos supercondutores e um circuito no qual a informação quântica vai e volta entre os elementos de armazenamento e os elementos de processamento.

E uma máquina bastante fria: como é baseada em circuitos supercondutores, ela precisa de temperaturas criogênicas para apresentar um comportamento quântico.

quCPU

O circuito integrado quântico inclui dois qubits (bits quânticos), um barramento de comunicação, dois bits de memória e um registrador - tudo quântico.

Ou seja, em princípio, é um computador quântico em um chip - os cientistas o chamaram de quCPU.

A vantagem é que, por seguir as leis da mecânica quântica, esse computador permite efetuar cálculos ao mesmo tempo em que se grava na memória, além dos já tradicionais bits que podem ser 0 e 1 ao mesmo tempo, ou 30% de 0 e 70% de 1, e qualquer variação semelhante.

O simulador quântico funciona como um computador porque pode ser usado para fazer cálculos que reproduzem o comportamento de qualquer sistema que obedeça as leis da mecânica quântica.
[Imagem: Harald Ritsch]

Simulador quântico

No outro estudo, uma equipe austríaca descreve um outro tipo de computador quântico, na verdade, um simulador quântico digital.

Esse simulador pode ser programado e reprogramado para simular de forma eficiente qualquer outro sistema quântico.

Ben Lanyon e seus colegas demonstram que uma série de íons aprisionados, e suas interações, podem ser controladas e manipuladas com precisão, permitindo que um sistema quântico qualquer seja simulado e seu comportamento observado em laboratório.

O dispositivo usa seis íons de cálcio, bem presos e resfriados por um laser, como qubits.

"Nossos resultados demonstram os princípios fundamentais da simulação digital quântica e fornece evidências de que o nível de controle necessário para um dispositivo em larga escala está ao nosso alcance," escrevem eles.

Estima-se que um dispositivo "em larga escala", ou seja, um simulador quântico prático, precisa ter cerca de 40 qubits.

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