Computadores Qunticos

Nomes: Raphael Bandeira

Bruno Bandeira

Leonardo Silva

QUbit

Um bit a base da informao computacional. Independente de suas representaes fsicas, ele sempre lido como 0 ou 1.

O Qubit, ou bit quntico, seria o equivalente num computador quntico, aos bits de um computador atual. Num computador quntico, cada partcula capaz de processar dados, seja um tomo, um eltron, um prton um on, ou o que vier a ser usado, chamado de qubit. Cada qubit possui quatro estados, ao contrrio de um transstor, que possui apenas dois estados (ligado ou desligado).

Qubit x Bit

Os estados so manifestados de acordo com o movimento da partcula, que pode mover-se tanto em sentido horrio, quanto em sentido anti-horrio, ou mesmo num terceiro estado, que ainda no totalmente compreendido, onde os eltrons do tomo (e outras partculas) movem-se simultaneamente nas duas direes, totalizando quatro possibilidades, o que equivale a dois bits).

Com isto, um computador quntico com 3 qubits, por exemplo, seria capaz de processar 8 bits de cada vez, um computador com 5 qubits seria capaz de processar 32 bits, outro com 6 qubits, processaria 128 bits de cada vez e assim por diante.

Tabela de Equivalncia entre Qubits e Bits Qubits (Tecnologia Quntica)

Bits (Tecnologia Eletrnica)

1 qubit 2 bits

2 qubits 4 bits

3 qubits 8 bits

5 qubits 32 bits

10 qubits 1.024 bits = 1 Kilo Bit

20 qubits 1.048.576 bits = 1 Giga bit

30 qubits 1.073.741.824 bits = 1 Tera bit

Histria da Computao Quntica

1981 - Richard Feynman mostrou em uma conferncia realizada no MIT que sistemas qunticos poderiam ser teis na simulao de experimentos da fsica quntica.

1981 - Paul Benioff, do Argonne National Laboratory, creditado como a primeira pessoa a aplicar a teoria quntica a computadores. Benioff idealizou a criao de uma mquina de Turing quntica. 1985 - David Deutsch, na Universidade de Oxford. Ele descreveu, o primeiro computador quntico universal, capaz de simular o funcionamento de outro computador quntico.

1994 - Peter Shor descobriu um excelente algoritmo que permitia a um computador quntico fatorar grandes nmeros rapidamente. Tal feito deu-se em Nova Jersey, no Bell Labs da AT&T. Isto deu origem ao que hoje conhecido como Algoritmo de Shor o qual permitiria a quebra de muitos sistemas criptogrficos, alm de resolver os problemas da fatorao e do logaritmo discreto.

1996 - Lov Grover, tambm no Bell Labs, descobriu o algoritmo de pesquisa em bases de dados qunticas. Mas foi somente em 1996 que o primeiro esquema para correo de erro quntico foi proposto pela comunidade cientfica.

1999 - Foi construdo o primeiro prottipo de computador quntico com base em montagem trmica. Tal faanha foi realizada no MIT.

2007 - O Orion, um computador hbrido com processador quntico de 16 qubits, foi anunciado pela empresa canadense D-Wave. Este computador teria capacidade de resolver problemas lgicos, encontrar solues para jogos de Sudoku, entre outras tarefas simples. A Universidade de Yale, nos Estados Unidos, no ficou para trs e criou o primeiro computador quntico rudimentar, o qual tambm executa apenas operaes simples, mas que mais um passo em direo ao sucesso quntico.

Orion

O que o computador quntico na teoria resolveria?

Clculos: Fatorao de Nmeros. Inteiros com milhares de bits, logaritmo

discreto e simulao de fsica quntica.

Criptoanlise quntica.

Busca de dados e informaes.

Inteligncia Artificial.

Aplicao

Devido as mecnicas de sobreposio e especialmente entrelaamento quntico, qubits podem possuir um ganho absurdo de velocidade em relao aos computadores normais, assim acelerando diversas pesquisas, criptografia e outras tarefas que chegam a ser impossveis para computadores tradicionais.

Com o avano da computao quntica tambm ser possvel fazer simulaes ,e pesquisas melhores, e mais rpidas sobre a prxima mecnica quntica permitindo assim avanos ainda maiores na rea que podem resultar em avanos na prpria computao.

O ganho de velocidade de um computador quntico podem fazer com que uma pesquisa que demanda dias em um supercomputador leve apenas horas num quntico, acelerando assim de modo geral a cincia.

Segundo pesquisas, uma mquina de 30 qubits seria to poderosa quanto um computador comum com capacidade de processamento de 10 teraflops so 10 trilhes de clculos por segundo. Um PC domstico chega aos 7 gigaflops, o que d mais ou menos 7 bilhes de clculos por segundo.

E atualmente???

IBM

Atravs de um comunicado em seu site oficial, a IBM afirma ter dado um passo importante na criao do primeiro computador quntico que funciona na prtica. Pesquisadores da empresa criaram um circuito composto por quatro qubits capaz de identificar erros que impediam o avano da tecnologia.

Parece simplrio, mas os pesquisadores tm motivos para comemorar. A computao quntica um processo bastante frgil e qualquer erro pode jogar todo o trabalho no lixo. Vibraes, luminosidade e variaes de temperatura so aspectos que tm grande influncia para conseguir criar uma mquina assim.

Segundo Jay Gambeta, lder do departamento de computao quntica da IBM, esse pequeno passo vai ser muito importante para a evoluo da tecnologia. Conseguimos ver onde os erros esto ocorrendo. Tornando o quadrado [desenho do circuito] maior, possvel ampliar o nmero de informaes passveis de serem vistas e corrigi-las.

Um dos maiores obstculos da computao quntica a dificuldade de verificar os valores dos qubits que podem assumir 0 ou 1 ao mesmo tempo e, consequentemente, corrigir erros. Mesmo que esse passo importante da IBM no corrija totalmente o problema, o novo circuito se mostra um avano importante na criao de uma nova arquitetura de computadores.

Um dos maiores obstculos da computao quntica a dificuldade de verificar os valores dos qubits que podem assumir 0 ou 1 ao mesmo tempo e, consequentemente, corrigir erros. Mesmo que esse passo importante da IBM no corrija totalmente o problema, o novo circuito se mostra um avano importante na criao de uma nova arquitetura de computadores.

D-Wave

A fabricante D-Wave afirma ter os nicos computadores qunticos no mercado; e o D-Wave Two (DW2), teria o dobro de poder computacional que seu antecessor. Mas como a D-Wave conseguiu esse feito, se at mesmo os melhores cientistas do mundo (e a NSA) vm tendo dificuldades para criar um computador quntico?

A D-Wave diz que estes so computadores qunticos, mas h controvrsias. difcil provar isto: na mecnica quntica, ao observar um fenmeno, voc pode mudar o comportamento de uma partcula quntica s possvel obter provas indiretas disso. Alguns cientistas discordam da empresa.

O D-Wave One (DW1) foi lanado em maio de 2011, e usa um chipset de 128 qubits. Ele diversas vezes mais rpido que supercomputadores existentes(na teoria), e foi logo adquirido por laboratrios de pesquisa e empreiteiros do Departamento de Defesa americano.

Por sua vez, o D-Wave Two (DW2) lanado em 2013 usa uma matriz de 512 qubits. Cada qubit um processador pequeno que explora os efeitos da mecnica quntica. Quanto mais qubits estiverem conectados entre si, mais ampliados se tornam esses efeitos.

Cada qubit do D-Wave Two se comunica diretamente com outros sete qubits; so blocos que formam uma estrutura de 8 em 8 qubits. Por causa disso, o DW2 at de 300.000 vezes mais poderoso do que seu antecessor.

Mas, para tirar vantagem dos efeitos qunticos, o DW2 requer condies extremas e muito especficas. Ele precisa operar a 0,02 Kelvin (-273,13C), 150 vezes mais frio do que as profundezas do espao interestelar, em um vcuo cuja presso atmosfrica 10 bilhes de vezes menor que a normal. Ele ainda precisa de blindagem pesada para se proteger contra interferncia magntica.

O Google anunciou em maior que iria abrir um Laboratrio Quntico de Inteligncia Artificial em parceria com a Nasa e com a Universities Space Research Association (USRA - Associao de Universidades com Pesquisas Espaciais dos Estados Unidos). Para tanto, as organizaes adquiriram o D-Wave 2 Em teoria, esse computador permitiria avanos em inteligncia artificial e na resoluo de uma srie de problemas da cincia da computao com os quais as mquinas atuais no conseguem lidar.

Colocado ao lado de uma mquina comum, com os dois rodando o mesmo algoritmo. Apesar de o D-Wave ter conseguido ser mais rpido em alguns momentos, em outros ele era mais lento que o PC normal.

O que impressionou foi o fato de que, mesmo quando era mais veloz, o D-Wave Two ainda precisava de um tempo maior de configurao para rodar o algoritmo, algo que no era necessrio no computador comum.

O computador quntico tambm desapontou durante os resultados da misso Kepler, da NASA. A ideia era que os clculos feitos pela mquina pudessem ajudar na descoberta de planetas que no haviam aparecido nas pesquisas anteriores, mas o computador no apresentou nenhuma novidade.

Cmara Criognica DWAVE - Fridge Payload