▷ O que é um processador quântico e como ele funciona?

Você pode estar se perguntando o que é um processador quântico e como ele funciona ? Neste artigo, vamos nos aprofundar neste mundo e tentar aprender mais sobre esse estranho ser que talvez um dia faça parte de nosso belo chassi RGB, quântico, é claro.

Índice de conteúdo

Como tudo nesta vida, você se adapta ou morre. E é exatamente o que acontece com a tecnologia e não exatamente em milhões de anos como seres vivos, mas em questão de anos ou meses. A tecnologia está avançando a um ritmo vertiginoso e as grandes empresas estão constantemente inovando em seus componentes eletrônicos. Mais potência e menos consumo para proteger o meio ambiente são as premissas que estão na moda hoje. Chegamos a um ponto em que a miniaturização de circuitos integrados está quase chegando ao limite físico. A Intel diz que serão 5nm, além disso não haverá a Lei de Moore válida. Mas outra figura ganha força, e é o processador quântico. Em breve começaremos a explicar todos os seus benefícios.

Com a IBM como precursora, grandes empresas como Microsoft, Google, Intel e NASA já estão encorajadas em uma luta para ver quem pode construir o processador quântico mais confiável e poderoso. E é certamente o futuro próximo. Vemos do que se trata esse processador quântico

Precisamos de um processador quântico

Os processadores atuais são baseados em transistores. Usando uma combinação de transistores, as portas lógicas são construídas para processar os sinais elétricos que fluem através deles. Se juntarmos uma série de portas lógicas, obteremos um processador.

O problema está então em sua unidade básica, os transistores. Se miniaturizarmos, podemos colocar mais em um só lugar, fornecendo mais poder de processamento. Mas é claro que existe um limite físico para tudo isso, quando atingimos transistores tão pequenos que são da ordem dos nanômetros, encontramos problemas para os elétrons que circulam dentro deles para fazê-lo corretamente. Existe a possibilidade de que eles escapem do canal, colidam com outros elementos dentro do transistor e causem falhas na corrente.

E esse é precisamente o problema: atualmente estamos atingindo o limite de segurança e estabilidade para fabricar processadores usando transistores clássicos.

Computação quântica

A primeira coisa que precisamos saber é o que é computação quântica e não é fácil de explicar. Esse conceito parte do que conhecemos hoje como computação clássica, que usa bits ou estados binários de "0" (0, 5 volts) e "1" (3 volts) de um impulso elétrico para formar cadeias lógicas de informações computáveis.

Fonte Uza.uz

A computação quântica, por sua vez, usa o termo qubit ou côvado para se referir a informações acionáveis. Um qubit não apenas contém dois estados como 0 e 1, mas também é capaz de conter simultaneamente 0 e 1 ou 1 e 0, ou seja, pode ter esses dois estados ao mesmo tempo. Isso implica que não temos um elemento que aceite valores discretos 1 ou 0, mas, como ele pode conter os dois estados, ele tem uma natureza contínua e, dentro dele, certos estados que serão cada vez menos estáveis.

Quanto mais qubits, mais informações podem ser processadas

Precisamente na capacidade de ter mais de dois estados e ter vários deles ao mesmo tempo, está o seu poder. Podemos ser capazes de fazer mais cálculos simultaneamente e em menos tempo. Quanto mais qubits, mais informações podem ser processadas, nesse sentido, é semelhante às CPUs tradicionais.

Como um computador quântico funciona

A operação é baseada nas leis quânticas que governam as partículas que formam o processador quântico. Todas as partículas possuem elétrons, além de prótons e nêutrons. Se pegarmos um microscópio e conseguirmos ver um fluxo de partículas de elétrons, poderemos ver que elas têm um comportamento semelhante ao das ondas. O que caracteriza uma onda é que é um transporte de energia sem o transporte da matéria, por exemplo, som, são vibrações que não podemos ver, mas sabemos que elas viajam pelo ar até alcançar nossos ouvidos.

Bem, elétrons são partículas capazes de se comportar como partícula ou como onda, e é isso que faz com que os estados se sobreponham e 0 e 1 podem ocorrer ao mesmo tempo. É como se as sombras de um objeto fossem projetadas, em um ângulo encontramos uma forma e outra. A conjunção dos dois forma a forma do objeto físico.

Portanto, em vez de dois valores 1 ou 0 que conhecemos como bits, que são baseados em tensões elétricas, esse processador é capaz de trabalhar com mais estados chamados quanta. Um quantum, além de medir o valor mínimo que uma magnitude pode levar (por exemplo, 1 volt), também é capaz de medir a menor variação possível que esse parâmetro pode experimentar ao passar de um estado para outro (por exemplo, ser capaz de diferenciar a forma de um objeto por meio de duas sombras simultâneas).

Podemos ter 0, 1 e 0 e 1 ao mesmo tempo, ou seja, bits sobrepostos uns sobre os outros

Para ser claro, podemos ter 0, 1 e 0 e 1 ao mesmo tempo, ou seja, bits sobrepostos uns sobre os outros. Quanto mais qubits, mais bits podemos ter um sobre o outro e mais valores que podemos ter simultaneamente. Dessa forma, em um processador de 3 bits, teremos que executar tarefas que tenham um desses 8 valores, mas não mais que um de cada vez. por outro lado, para um processador de 3 qubit, teremos uma partícula que pode assumir oito estados por vez e, em seguida, poderemos executar tarefas com oito operações simultaneamente

Para nos dar uma idéia, a unidade de processador mais poderosa já criada atualmente tem capacidade para 10 teraflops ou o que são as mesmas 10 bilhões de operações de ponto flutuante por segundo. Um processador de 30 qubit seria capaz de executar o mesmo número de operações. A IBM já possui um processador quântico de 50 bits e ainda estamos na fase experimental dessa tecnologia. Imagine até onde podemos ir, como você pode ver, o desempenho é muito maior do que em um processador normal. À medida que os qubits de um processador quântico aumentam, as operações que ele pode executar multiplicam-se exponencialmente.

Como você pode criar um processador quântico

Graças a um dispositivo que é capaz de trabalhar com estados contínuos em vez de ter apenas duas possibilidades, é possível repensar problemas que até agora eram impossíveis de resolver. Ou também resolva os problemas atuais de maneira mais rápida e eficiente. Todas essas possibilidades são abertas com uma máquina quântica.

Para "quantizar" as propriedades das moléculas, devemos trazê-las a temperaturas próximas ao zero absoluto.

Para alcançar esses estados, não podemos usar transistores baseados em impulsos elétricos que, no final, serão 1 ou 0. Para fazer isso, teremos que procurar mais, especificamente nas leis da física quântica. Teremos que garantir que esses qubit fisicamente formados por partículas e moléculas sejam capazes de fazer algo semelhante ao que os transistores fazem, isto é, de estabelecer relacionamentos entre eles de uma maneira controlada, para que nos ofereçam as informações que queremos.

Isso é o que é realmente complicado e o assunto a ser superado na computação quântica. Para "quantizar" as propriedades das moléculas que compõem o processador, devemos trazê-las a temperaturas próximas ao zero absoluto (-273, 15 graus Celsius). Para que a máquina saiba diferenciar um estado de outro, precisamos diferenciá-los, por exemplo, uma corrente de 1 V e 2 V; se colocarmos uma tensão de 1, 5 V, a máquina não saberá que é um ou outro. E é isso que deve ser alcançado.

Desvantagens da computação quântica

A principal desvantagem dessa tecnologia é precisamente a de controlar esses diferentes estados pelos quais a matéria pode passar. Com estados simultâneos, é muito difícil executar cálculos estáveis ​​usando algoritmos quânticos. Isso é chamado de inconsistência quântica, embora não entremos em jardins desnecessários. O que precisamos entender é que quanto mais qubits tivermos mais estados, e quanto maior o número de estados, mais velocidade teremos, mas também mais difíceis de controlar serão os erros nas mudanças de matéria que ocorrem.

Além disso, as regras que governam esses estados quânticos de átomos e partículas dizem que não poderemos observar o processo de computação enquanto ele estiver ocorrendo, pois, se interferirmos nele, os estados sobrepostos serão completamente destruídos.

Os estados quânticos são extremamente frágeis e os computadores devem ser completamente isolados sob vácuo e a temperaturas próximas ao zero absoluto para obter uma taxa de erro da ordem de 0, 1%. Ou os fabricantes de refrigeração líquida colocam as baterias ou ficamos sem computador quântico no Natal. Por tudo isso, pelo menos a médio prazo, haverá computadores quânticos para os usuários, talvez haja alguns deles distribuídos pelo mundo nas condições exigidas e que possamos acessá-los através da Internet.

Usos

Com seu poder de processamento, esses processadores quânticos serão usados ​​principalmente para cálculos científicos e para resolver problemas anteriormente insolúveis. A primeira das áreas de aplicação é possivelmente química, precisamente porque o processador quântico é um elemento baseado na química de partículas. Graças a isso, pudemos estudar os estados quânticos da matéria, hoje impossíveis de resolver pelos computadores convencionais.

• Recomendamos a leitura dos melhores processadores do mercado

Depois disso, poderia ter aplicações para o estudo do genoma humano, a investigação de doenças, etc. As possibilidades são enormes e as reivindicações são reais, então só podemos esperar. Estaremos prontos para a revisão do processador quântico!