Programa quântico faz cálculo pela primeira vez

Por , em 25.02.2013

Um grupo internacional de pesquisadores liderado por cientistas da Universidade de Bristol (Reino Unido) e da Universidade de Queensland (Austrália) demonstrou um algoritmo quântico que realiza um cálculo de verdade pela primeira vez.

Algoritmos quânticos poderiam um dia permitir a concepção de novos materiais, produtos farmacêuticos ou dispositivos de energia limpa.

Algoritmos quânticos

Um algoritmo é qualquer procedimento computacional que toma algum valor ou conjunto de valores como entrada e produz algum valor ou conjunto de valores como resultado. Algoritmos devem levar em consideração todas as variáveis que possam surgir.

Há três maneiras de fazer um computador trabalhar mais rápido. Uma é fazer mais computadores (usando vários computadores para uma atividade). Outra é fazer com que os novos computadores sejam mais rápidos. E a terceira é fazer algoritmos de computador que permitem fazer atividades mais rápido.

Os computadores que usamos atualmente são chamados de computadores clássicos. No coração do seu poder de processamento está o bit. O bit é a unidade fundamental de informação, que pode ser um de dois valores: 1 ou 0. Uma série de bits em conjunto formam valores mais complexos.

Os algoritmos utilizados em computadores clássicos são baseados em um procedimento passo a passo, ainda que milhões de procedimentos sejam feitos em um segundo.

Já os computadores quânticos, ainda em desenvolvimento, não são baseados em bits, mas sim em qubits. Um qubit (bit quântico) é a unidade fundamental de informação para um computador quântico. Além de poder ser 1 e 0, o qubit pode estar em um estado de superposição que é ao mesmo tempo 1 e 0. Sendo assim, computadores quânticos são capazes de executar todos os procedimentos em um único passo.

Algoritmos clássicos funcionam em computadores quânticos, mas não tiram o máximo de proveito que um computador quântico é capaz. Agora, pesquisadores desenvolveram um algoritmo quântico que pode, de fato, abrir caminho para a computação quântica prática.

O experimento

Pela primeira vez, a equipe de cientistas foi capaz de fazer um algoritmo que realiza um cálculo de verdade, ou seja, sem que os pesquisadores já estivessem ciente do seu resultado antes.

Os cientistas implementaram um “algoritmo de estimação de fase” – um algoritmo quântico central que atinge uma aceleração exponencial sobre todos os algoritmos clássicos. Encontra-se no coração da computação quântica e faz parte de muitos outros importantes algoritmos quânticos, como o algoritmo de factoração de Shor e simulações quânticas.

“Antes de nosso experimento, ninguém implementou um algoritmo quântico sem saber sua resposta com antecedência. Em testes anteriores, os circuitos quânticos foram simplificados para torná-los mais viáveis experimentalmente. No entanto, esta simplificação exige o conhecimento da resposta com antecedência”, explica o principal autor do estudo, Dr. Xiao-Qi Zhou.

Diferentemente desses experimentos, os pesquisadores construíram um circuito quântico completo para implementar o algoritmo sem qualquer simplificação. “Não precisávamos saber a resposta com antecedência, portanto essa foi a primeira vez que o resultado foi realmente calculado por um circuito com um algoritmo quântico”, disse o Dr. Zhou.

“Implementação de um algoritmo quântico completo sem conhecer sua resposta é um passo importante para a computação quântica prática. Abre o caminho para aplicações importantes, incluindo simulações quânticas e metrologia quântica a curto prazo, e factoração a longo prazo”, afirma Jeremy O’Brien, diretor do Centro de Fotônica Quântica da Universidade de Bristol.

A pesquisa foi publicada na revista Nature Photonics.[ScienceDaily, QuantumDay, TGDaily]

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13 comentários

  • Georges Le Brun Vielmond:

    errata : algorito > ler algorítmo
    : priori > priorí

  • Georges Le Brun Vielmond:

    O que vejo de mais importante, no momento é a realização de cálculos superpostos ao mesmo tempo (sem necessidade de iteração) e a construção de algoritos sem conhecer o resultado a priori…….se é que entendi corretamente a exposição ?

  • Pablo Vieira:

    Não vejo a hora desses computadores vir a ser usados por todos, acho que isso vai mesmo demorar, ´são máquinas super inteligentes destinadas a poucos. Mas o que vale é a contribuição que trarão para nós.

  • Thiago Alexandre Dos Santos:

    qubits é 0 e 1 o mesmo tempo certo?
    Então ele pode dar várias respostas ao mesmo tempo? analizar quais são descartáveis ao mesmo tempo e solucionar tudo em 1 unico passo?

    Nao da pra ter noção de tempo real disto, nao da pra medir o tempo de processamento desta forma, fiquei bem perdido sobre isto também.

  • Jonatas:

    Esse tipo de simulação é fantástico, creio que daqui alguns anos isso deve melhorar astronomicamente os estudos a cerca da origem e evolução do Universo, através de simulações cada vez mais elaboradas, seguindo os caminhos do próprio cosmos, quântica relativista.

    • Regis Olivetti:

      Todo fator quântico é por essência relativista, já que se trata os cálculos como onda e na velocidade da luz, mas, sempre há “relatividade”.

    • Luiz:

      Regis… De certa forma consigo até entender o que você coloca porém avalie meu raciocínio:
      A “relatividade” sempre deverá existir!?!?! Caso isso seja verdade haverá uma infinitude de respostas?!?!? Ou, melhor ainda, não haverá um único e correto/esperado resultado?!?!?!

    • Regis Olivetti:

      Legal Luiz, mas, para melhor explicitação do tema, não devemos confundir relativismo com probabilidade. Para mim essencialmente o universo é regido por probabilidades em leis não relativistas, ou seja, o “relativismo” só atua baseado numa plataforma probabilística, já que o relativismo é uma palavra que não condiz com a física de forma alguma. Não há relatividade (muito infeliz este termo)e sim probabilidade, já que as leis do Universo apesar de serem imutáveis são essencialmente probabilística e até para a genética. Se há algum erro genético é pois, probabilístico. O relativismo só se aplica para percepção do observador e nunca para o mundo real, este probabilístico. Portanto pela sua visão só posso concordar, mas é um tema mais profundo para ser discutico em poucas palavras. Abraço.

  • Flavio Henrique Fernandes de Souza:

    Gostaria de entender se este algoritmo rodou em um computador clássico ou em um modelo quântico experimental. Se alguém tiver mais informações sobre esta matéria, seria de grande valia. Outra dúvida que tenho seria sobre o tempo de resposta. Seria interessante confrontar um super-computador e algoritmos clássicos com seus equivalentes quânticos. Afinal, se um dos princípios dos qubits é a superposição, então TODOS os resultados deveriam ser gerados de forma instantânea. (isso na minha humilde suposição…)
    Se esta minha linha de raciocínio estiver correta, (e é bem provável que NÃO esteja), isto deveria significar o fim dos Mhz, Ghz e todos estes clocks que tanto encarecem os processadores dos computadores?
    Superposição, entrelaçamento, e todas estas características dos quantums não deveriam conferir um poder de processamento imediato?

  • Lucas Noetzold:

    não consigo entender esse lance de qubits

    • aguiarubra:

      qubits “qu”-> quântico + “bits”-> um bit vale ou 0 ou 1 SEPARADAMENTE.

      Quando o “bit” é quântico, ele vale 0 e 1 AO MESMO TEMPO!

      A estranheza que nos causa essa possibilidade de algo ser duas coisas aos mesmo tempo é que vai contra o nosso senso comum, que diz que A = A, ou seja, Lucas = Lucas EM TODOS OS MOMENTOS.

      Mas nos níveis sub-atômicos, os fenômenos quânticos “bagunçam” com nossa lógica, fazendo de um elétron, por exemplo, uma “coisa” que é partícula e onda AO MESMO TEMPO!

    • Lucas Noetzold:

      Tenho dificuldade em entender como isso é aplicado na computação, seria algo como um codigo trinario (nem sei se a palavra existe), onde se tem 0, 1 e esse estado de superposição?

    • aguiarubra:

      Há artigos muito interessantes aqui mesmo nesse artigo do Hypescience sobre esse tema (ainda controverso).

      Sugiro-lhe ir clicando nas frases em azul no artigo para ver que há muito mais sobre isso, ok?

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