O que existe dentro de um processador quântico?

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A computação quântica parecia ser um sonho distante até pouco tempo atrás, mas hoje está cada vez mais presente em nossa realidade. Maior prova disso é o D-Wave One, o primeiro computador funcional baseado nos fenômenos quânticos, lançado no primeiro semestre de 2011.

Mesmo que o primeiro passo já tenha sido dado, o caminho até que as maravilhas das “possibilidades infinitas” da computação quântica cheguem às nossas casas ainda é longo, considerando que o D-Wave One custa mais de U$ 10 milhões e só é capaz de executar um número limitado de tarefas.

Ainda assim, o Tecmundo resolveu se aventurar nas entranhas deste monstro tecnológico e mostrar como funciona o primeiro processador quântico que consegue ser mais do que apenas um projeto de ciências. Confira!

Computação quântica: o que é?

Antes que você possa entender o propósito dos componentes do D-Wave One, é necessário entrar um pouco mais afundo no misterioso mundo da física quântica. O Tecmundo já fez uma abordagem sobre o assunto no artigo que explica os segredos da computação quântica.

Nele, mostramos que no âmago desta ciência está o estranho fenômeno de que, em certas circunstâncias especiais, o comportamento dos elétrons em movimento pode mudar dependendo da presença ou ausência de um “agente observador”. Parece loucura, mas o fenômeno já foi comprovado e é apenas por causa dele que a computação quântica é possível.

Esse princípio de estados simultâneos também é chamado de superposição. Para tomar proveito desse fenômeno, o computador quântico usa os chamados qubits, a versão quântica dos bits convencionais. A diferença é que, em vez de assumir apenas dois estados possíveis em um determinado momento — 0 ou 1, os qubits podem conter zeros, uns, ou qualquer combinação dos dois. Ao mesmo tempo.

Processando em qubits

O D-Wave One está equipado com 128 destes qubits que podem ser programados para resolver algoritmos simples. O objetivo deste aparato é, dentro de apenas um único ciclo elétrico, calcular todas as possiblidades de resultados e “mostrar” apenas o correto.

(Fonte da imagem: Divulgação/D-Wave)

Para exemplificar essa “maluquice”, imagine que você tenha quatro números de telefone diferentes em mãos e que um deles é o de um amigo, mas você não sabe qual. Para descobrir o correto, você precisaria usar o método de tentativa ou erro umas duas ou três vezes até descobrir certo, discando os números um de cada vez.

Já um computador quântico é capaz de usar o princípio da superposição dos valores nos qubits e, ativando um dispositivo que produz o efeito de simular (ou não) um agente observador, fazer com que todas as possibilidades se manifestem simultaneamente, como se estivessem todas acontecendo dentro do mesmo espaço e tempo. Depois, basta escolher o número que trouxe o resultado esperado, ou seja, a confirmação do seu amigo do outro lado da linha.

Partes do processador quântico

A parte mais importante do CPU quântico são os qubits, que precisam se comportar como supercondutores para que o fenômeno da superposição aconteça. Até agora, a única forma viável que os engenheiros encontraram para alcançar isso foi construindo os qubits usando um metal raro chamado nióbio e baixando a temperatura do aparato até -272.98 graus Célsius, próximo ao zero absoluto.

O D-Wave One (Fonte da imagem: Divulgação/D-Wave)

Próximos dos qubits estão os circuitos dos chamados “couplers” (ou “combinadores”). Seu objetivo é interconectar os qubits e forçar a combinação daqueles que estão com dois valores iguais (0-0, 1-1) ou valores opostos (1-0, 0-1), dependendo do propósito para o qual o processador está programado.

Por último, temos as memórias magnéticas programáveis, ou “PMM”. Esses circuitos ficam nos arredores dos qubits e couplers e agem como endereçadores. A PMM também atua como uma interface de programação que permite manipular o estado dos qubits.

Aplicações práticas

Um dos primeiros compradores do computador quântico da D-Wave é a gigante Lockheed Martin, uma das principais fabricantes de armas nos Estados Unidos. Lá, a máquina auxilia no cálculo de operações que iriam requerer um grande número de tentativas e permutações, agilizando muito os resultados.

Ainda assim, o D-Wave One só pode executar operações muito específicas e limitadas, longe de ser capaz de substituir um computador convencional. Por isso, é provável que ainda leve alguns anos, talvez décadas, até que você possa ter o poder da computação quântica em sua casa.