Componentes ópticos tornam os Processadores Quânticos viáveis

Cada vez menos gente duvida que os computadores quânticos sejam o futuro da computação. Fatalmente os transístores chegarão ao limite de sua evolução, e para manter a lei de Moore por mais algumas décadas, a única saída seria substituir transístores por
átomos.

Porém, apesar de já existirem até alguns protótipos, os processadores Quânticos experimentais desenvolvidos até agora são incrivelmente lentos, algo normal para uma tecnologia emergente, mas o pior, precisam de equipamentos incrivelmente sofisticados, e
caros para funcionar. Nada parecido com um processador Intel ou AMD que pode ser facilmente encapsulado e trabalha à temperatura ambiente, amparado por um simples cooler.

Os protótipos Quânticos atuais utilizam aparelhos de ressonância magnética nucleares para manipular os estados dos átomos e a (ou as) moléculas precisam ser mantidas a temperaturas próximas do zero absoluto para manterem-se estáveis. Apesar de ajudar os
cientistas a estudar a mecânica quântica, um sistema assim jamais tornaria-se viável economicamente.

Atualmente o desenvolvimento dos processadores quânticos vem ganhando impulso. As primeiras experiências tinham como objetivo manipular os elétrons, isto provou-se muito problemático, pois os elétrons, por sua pequena massa e pela sua exposição, são
extremamente susceptíveis a qualquer influência externa. Surgiu então a idéia de manipular os núcleos dos átomos, o que torna o processo bem mais simples, já que o núcleo é maior e está relativamente isolado do meio externo graças à barreira de elétrons
em torno dele.

Mas isto foi apenas parte da solução do problema. Pois de qualquer modo ainda resta desenvolver algum tipo de tecnologia que permita manipular núcleos atômicos. A primeira safra de protótipos utiliza ressonância magnética para isto, uma tecnologia
extremamente cara, mas já existe gente desenvolvendo meios bem mais simples de fazer isso.

Os cientistas do laboratório nacional de Los Alamos, nos EUA, divulgaram experiências usando um sistema óptico para manipular prótons. A idéia da nova técnica é que os prótons podem ser usados tanto na forma de partículas (a fim de interagir com os átomos
que compõe o sistema quântico), quanto na forma de onda, podendo ser transportados através de um sistema óptico.

A idéia básica éa seguinte. Num computador quântico, cada átomo é chamado de qubit. Cada qubit possui quatro estados, ao contrário de um transístor, que possui apenas dois estados (ligado ou desligado).

Os estados são manifestados de acordo com o movimento do núcleo atômico, que pode mover-se tanto em sentido horário, quanto em sentido anti-horário, podendo mover-se também na vertical ou horizontal, totalizando quatro possibilidades.

O grande problema é como manipular este movimento, e principalmente, como ler dados armazenados desta forma. Usando a nova técnica, os prótons recebem esta função. Por ser uma partícula, um próton pode ser “arremessado” contra o qubit, alterando com o
impacto seu movimento. Da mesma forma, um próton pode ser arremessado de forma a ricochetear no qubit. Desta forma o próton é que tem sua trajetória alterada.

A grande sacada é que este próton poderia ser recuperado usando um foto detector, que detectaria o próton na forma de onda, e não de partícula. Calculando a trajetória do próton, é possível recuperar o dado gravado no qubit.

Um problema que surgiu durante as experiências foi o fato deste sistema ser susceptível a um grande número de erros. Para isto os pesquisadores vem trabalhando em algoritmos de correção de erros, o que permitiria tornar este sistema confiável.

Com tudo o que vem sendo feito é possível que os computadores quânticos tornem-se viáveis muito antes do que se vem esperando. A quinze anos os computadores quânticos eram considerados apenas coisa de ficção científica. Hoje já existem alguns protótipos
em funcionamento, um deles obra da própria IBM. A pergunta agora é quando estes sistemas irão tornar-se viáveis. Avanços como o que vimos podem ser a resposta 🙂