Teoria da Informação Quântica pode revelar a natureza real do mundo físico

Por , em 1.04.2012

Pergunte para qualquer físico quais são as duas principais teorias do século 20, e eles provavelmente vão dar a mesma resposta: a teoria da relatividade de Einstein e a mecânica quântica. Mas talvez uma terceira teoria, do século 21, entre para o hall da fama: a Teoria da Informação Quântica, ou Teoria Quântica da Informação.

A Teoria da Informação Quântica

A mecânica quântica surgiu na década de 20, para descrever o estranho comportamento dos átomos e elétrons. Já a teoria da informação apareceu duas décadas depois, com fórmulas para quantificar a comunicação através de telefones.

Ao contrário dos físicos quânticos, mais preocupados em desenvolver computadores super rápidos, os teóricos da informação quântica estão motivados a entender a realidade física, e entender melhor a mecânica quântica da natureza.

Realidade computadorizada

No coração da ciência da informação quântica está um modelo de representação da informação, conhecido como qubit. Ele é análogo ao 1 e 0 , processados por computadores comuns – os bits. Mas um qubit está dentro do universo quântico, por isso pode ser o 1 e o 0 ao mesmo tempo. Essa superposição de identidade dá à informação quântica um poder extraordinário.

Os qubits podem, por exemplo, transmitir mensagens codificadas super seguras, tipicamente na forma de fótons. Elas são seguras porque qualquer tentativa de alterar a mensagem seria notada.

Esse tipo de sistema já é comercializado, e talvez um dia se torne uma necessidade de mercado devido à outra aplicação da Informação Quântica: a computação quântica. Computadores com qubtis poderiam resolver problemas que um supercomputador comum não conseguiria em milhões de anos.

Aplicações? Você poderia usar um computador assim para prever o resultado de reações químicas, por exemplo, sem necessitar dos tubos de laboratório. Essa habilidade poderia melhorar a produção de materiais industriais e de medicamentos.

“Nós não prevemos que você vai usar um computador quântico para enviar um e-mail. Mas jogos quânticos seriam realmente incríveis”, afirma o físico John Preskill.

Além do mercado, os cientistas pretendem usar essas teorias para entrar nas fundações da realidade. A quântica poderia mostrar a interface entre a matemática e o mundo físico.

Quebrar códigos, por exemplo, envolve solucionar o complicado problema matemático de encontrar os fatores primos de um número muito grande, com centenas de dígitos. Mas, como descoberto por Peter Shor, em 1994, algoritmos do computador quântico conseguem solucionar isso – e as implicações são grandes.

“Fatores são um problema difícil clássico”, afirma Preskill. “Mas os algoritmos de Shor demonstram que isso é um problema fácil para a visão quântica”. Em outras palavras, o processamento de informações quânticas revela algo sobre a relação matemática com a realidade física, algo antes não imaginado.

Mas alguns problemas matemáticos são difíceis até quanticamente. Entendê-los poderia nos dar uma noção de que tipos de computações matemáticas são possíveis no universo físico.

Um desses problemas, que está sendo estudado pelo cientista Scott Aaronson, é a tese de Church-Turing. Ela basicamente indica que qualquer coisa que possa ser computada por um sistema físico também pode ser computada por um computador “universal” idealizado, chamado de máquina de Turing.

“Isso é uma afirmação falsificada sobre as leis da física”, afirma Aaronson. “Ela expressa a crença de que se as leis da física forem como um código de computador, então qualquer linguagem de programação para as leis da natureza poderia emular qualquer outra”.

Mas as ideias de Shor atestam que os computadores quânticos poderiam fazer coisas que uma máquina de Turing não conseguiria. Nesse caso, ou a computação quântica é impossível (o que não é muito provável, já que isso implicaria que a mecânica quântica está errada), ou a tese de Church-Turing está incorreta no que tange o mundo físico, a não ser que exista uma maneira de um computador comum simular a física quântica. “Ninguém provou isso, mas seria uma incrível descoberta matemática”, afirma Aaronson.

Raízes quânticas

Uma descoberta igualmente incrível seria identificar o princípio físico que exige que a realidade obedeça às regas da mecânica quântica. No começo, os pioneiros quânticos visualizaram a matemática que funciona – e que exige o estranho conceito de múltiplas realidades possíveis. Mas a questão do por quê uma matemática tão bizarra funcionava tão bem era deixada de lado.

Mas, nos últimos tempos, a aventura em busca de um princípio físico pelo qual a mecânica quântica funciona tem ganhado força, e a informação quântica tem sido o motor disso. [ScienceNews]

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20 comentários

  • franklucca:

    No mercado financeiro o computador quantico certamente seria um “sucesso”. Claro que adivinhar os melhores investimentos com absoluta certeza nunca é possivel, pois entra sempre o principio da incerteza das ações e reações humanas. Porem…porem…será possivel acertar com margem proxima de até 98% o que ja é bom demais!!

  • Ehud Canhoto:

    O que resolverão problemas serão algorítmos (software), portanto mecanismos gerados pelo ser humano baseados no conhecimento aplicado atual de cada época e a capacidade de processamento das máquinas e sua tecnologia atual de cada época. Computadores sem software são inúteis.

  • Luiiz Gustavo Ferreira Ferrari:

    isso mesmo meu amigo , minhas teorias também se base ião no vosso atual escrito….

  • Chicxulub:

    Essa é para os retardados que descem a lenha em quem defende o fim de testes em animais, com o “argujumento” de que não há como desenvolver tratamentos e medicamentos de outra maneira: “Aplicações? Você poderia usar um computador assim para prever o resultado de reações químicas, por exemplo, sem necessitar dos tubos de laboratório. Essa habilidade poderia melhorar a produção de materiais industriais e de medicamentos.” Se ele poderá quebrar códigos que os supercomputadores atuais demorariam milhões de anos para quebrar, e simular reações químicas, então poderia simular também reações bioquimicas em seres vivos.

    • Marcos-DF2:

      Olá Chicxulub !
      Infelizmente, estes computadores ainda não podem ser utilizados … Num futuro, o serão, com certeza !
      Abraços

  • CLEME:

    Essa emulação recíproca possibilitará aos seres humanos serem diagnosticados e tratados por computadores e programas, já existem programas que fazem isso, logo aparecerão muitos.

  • João da cruz:

    tudo que fala da evolução é bastante cignificante, para todos nós, e uma lastima, para nossos antepassados; que não fizeram nada, por falta de ensentivo dos lesgisladores em rodo tempo passado, que só pensavam em guerrear, uma *Anticulura e covardia voces não aham????, agora apareceu este Gênio =hasthem, que deu sua vida, a todos nós com sua teoria lógicas . e outros que tambem idem, estamos devendo muito a eles, e depois mais alguns pouquinho, onde entramos nesta imensa pespquitivas *Matemática, que existem, que olhrm o jogo da relatividadepose ser a sauvação da humanidade que tanto carecemos!!!!!!!!!.
    vamos adiantar estas teoria da relatividade e quântica r e, parece bastante dificil, depoi que este *G^rnio nos deixou parece que paramos no _Tempo, jã se passou mais de 100 anos e não crecemos muito, precismos crucer mais, para o bem do *Planeta, quanto vai demorar? a*Matematica é uma Ciência perfeita ela não erra, embora *haisthem disse que tudo é relativo, afirmndo que 2+2, pode ser 5 ou mais um pouquinho, vamos a luta *Joven, menos vontade e menos extinto, para o bem de seus filhos e tod humanidade.o fuyuro nam nos pertence.

    • Chicxulub:

      Einstein deve ter se revirado no túmulo depois desse “haisthem”… realmente o português minimamente correto deve ser uma “cruz” para você João, isso que você escreveu é quase outro idioma!!!

    • aguiarubra:

      Aí, Chicxulub!

      Tamo nu mundu globalizado: esse português “haisthem” deve ser de alguma ex-colônia lusitana perdida na micronescia, entende?

      Oupen yór maind…

  • Mr.Brain:

    No dia que cientistas conseguirem fazer uma maquina com a capacidade cognitiva de um humano, saberemos a verdade do maravilhoso universo que fazemos parte.

  • David:

    Imagina um computador caseiro assim? Num ia precisar trocar d PC nunca mais\o/ kkkkkkkk Seria interessante se quem fisese isso fosse a AMD já q é tão voltada para jogos!

  • aguiarubra:

    NÃO, a Teoria da Informação Quântica NÃO PODE REVELAR a natureza real do mundo físico, mas a Natureza Real do mundo físico pode ter uma FACETA com a qual a Teoria da Informação Quântica pode TRABALHAR e explorar (quem sabe, o teletransporte, a viagem no tempo, a dobra espacial, etc. – só outros trekkers me entendem!!!)

    A Natureza do REAL é INESGOTÁVEL: a realidade não é uma máquina, como querem nos impingir os ideólogos do pós-modernismo “retardado”, cujo conhecimento e domínio nos transformaria, literalmente, em seres “sobre-naturais”.

  • Wiliam Alves Pereira:

    As descobertas da ciência estão ocorrendo cada vez mais rapidamente, e a comprovação de teorias anteriormente consideradas absurdas cada vez mais frequentes.
    Certamente a aplicação conjunta dos avançoes da mecânica quântica, informação quântica, relatividade, e outros, ajudarão a encontrar muitas respostas para algumas perguntas perturbadoras. Talves os resultados práticos desses avanços e descobertas só sejam possíveis em várias decadas ou séculos, porém, há de se começar em algum momento, esse ponta-pé inicial já foi dado!

  • Dooia CwBeats:

    Eu acredito que a mecânica quântica ainda vai nos trazer a realidade do teletransporte, viagem no tempo e assim conseguiremos saber quem nós somos e de onde viemos, porem infelizmente quando isso for possível nossa geração estará apenas guardada em livros de história.

    • Amigo:

      Também sonhava com isso. Hoje acho que nos mataremos ou clima o fará antes de qualquer avanço “Brave New Worldish”.

    • Jonathan:

      Dooia CwBeats
      Isso sobre teletransporte e viagem no tempo , de certa forma ja são uma realidade.Em uma universidade da Austrália,já conseguiram teletransportar fótons.E nos E.U.A. o prof. Ronald Mallet (acho que esse seja o nome) já conseguiu fazer fotons viajarem no tempo e espaço.Sairam de uma sala e apareceram em outra depois de 5 min…e isso em 2000, mais ou menos.Porém, o feixe de luz voltou como queijo suiço, com ‘furos’ isso ao ver do prof. mostra que na viajem de tempo/espaço o material ‘perde’ dados, por assim disser…E bem, ate agora só foi feito experiencias com luz, energia…com matéria com certeza é muito mais difícil…ai vem a teoria de Einstein E=MC²…

    • Amigo:

      Interessante Jonathan,
      Pesquisei sobre esse professor e realmente ele é famoso pelo seu “Projeto: Máquina do Tempo”. Esse caso me fez lembrar de uma máquina de uma universidade onde partículas eram “escaneadas” e suas características eram reproduzidas em uma outra máquina parecida. Infelizmente não lembro onde li.

    • Jonathan:

      Ah sim sim, tbm li algo sobre isso.Creio que seja aqui mesmo na Hyper…se não me falha a memoria, essa maquina conseguia reproduzir ‘virtualmente’ as propriedades da partícula em questão, certo?

    • Amigo:

      Isso mesmo.

    • Marcos-DF:

      Legal a sua conversa com o Amigo !
      Seria bom se todas as opiniões e divergências fossem neste (bom) nível !
      Valeu, meninos !!!
      Abraços e boa Páscoa !

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