Como os computadores quânticos funcionam? - Simplesmente explicado
Atualmente, os cientistas estão trabalhando continuamente em computadores quânticos. A IBM lançou recentemente seu primeiro computador quântico. Nós explicamos como isso funciona aqui.
Computadores quânticos: é o que se chama qubits
Os chamados qubits são usados em um computador quântico.
- Os bits normais no computador podem aceitar apenas dois valores diferentes: 0 e 1 ou "ativado" e "desativado". No entanto, um qubit pode estar em um estado intermediário de zero e um por um determinado período de tempo, o chamado tempo de coerência.
- Nesse estado, os cientistas falam de uma superposição . Através de uma medição, o qubit muda para um dos dois estados claramente definidos, para que o resultado da medição possa ser salvo em um bit clássico. Em termos técnicos, a perda de superposição é chamada de decoerência .
- No laboratório, esses qubits são feitos de íons ou loops supercondutores, os chamados SQUIDs .
- Ao trabalhar com íons, um íon não excitado corresponde ao estado 0 e um íon excitado ao estado 1. Diz-se que um átomo com a menor energia possível não é excitado. No entanto, se você adicionar energia a um átomo, ele fica excitado porque os elétrons externos atingem níveis mais altos de energia. Os íons podem ser excitados com um laser.
Registradores quânticos - você precisa saber que
Vários qubits são necessários para resolver operações aritméticas. Fala-se do chamado registro quântico. As informações são distribuídas para todos os qubits de um registro.
- Esse registro quântico geralmente consiste em 14 íons que são armazenados ao longo de um eixo a uma distância de alguns micrômetros. É importante que esses qubits sejam fáceis de manipular, mas também imunes a interferências.
- Isso significa que os qubits devem permanecer em seus respectivos estados pelo maior tempo possível até que a operação aritmética seja realizada. A descoerência, ou seja, voltar ao estado clássico, deve ser adiada o máximo possível.
- Operadores lógicos são usados para manipular os estados, que já são usados em ciência da computação. Nos computadores quânticos, esses operadores são chamados de portões quânticos. Estes são decisivos para a duração da irradiação e para o comprimento de onda da luz.
- A operação mais simples é a negação, chamada NOT . O estado de um qubit é simplesmente invertido ou negado. No sistema binário, 0 se tornaria 1 e vice-versa. Essa inversão acontece muito rapidamente e muitas vezes em sucessão e segue o algoritmo do programa.
- Para determinar o estado inicial de uma rede quântica, ela é irradiada com pulsos de laser. O comprimento da irradiação pode determinar a probabilidade com a qual um átomo está no estado excitado.
- Após cerca de dez microssegundos de irradiação, um íon que inicialmente não é excitado está no estado excitado. No entanto, se esse átomo for irradiado por apenas metade do tempo, ele estará nesse estado intermediário, pois é 50% mais provável de estar no estado fundamental e 50% mais provável de estar no estado excitado.
- Para ler o resultado após a execução do algoritmo, outro pulso de laser com comprimento de onda diferente é disparado nos íons. Fluorescência indica se eles estão excitados ou não. O computador pode determinar os valores corretos.
Computadores quânticos: o estado da arte hoje
Na feira de eletrônicos em Las Vegas, a IBM apresentou seu primeiro computador quântico pronto para o mercado este ano.
- Comparado aos modelos anteriores, o IBM Q Systems One já calcula com 20 qubits, o que é um parâmetro para um computador quântico funcionando corretamente. Segundo a IBM, ele conseguiu manter 20 qubits no estado preparado por 75 microssegundos.
- Um computador quântico com 50 qubits deve ser capaz de colocar qualquer supercomputador clássico em seu bolso.
- O IBM Q Systems One - uma caixa de vidro com comprimento e largura de dois metros e meio não deve ser oferecido para venda. Em vez disso, usuários selecionados podem acessá-lo na nuvem e realizar cálculos.
De um computador quântico a um cartão perfurado: assim era o primeiro computador
Na próxima dica prática, mostraremos como converter corretamente números binários e hexadecimais.