Como sabemos, a computação quântica é baseada em fenômenos da física quântica. O qubit (quantum bit) é a unidade básica de um computador quântico e assim como um bit (binary digit) convencional, o qubit pode assumir os valores de 0 ou 1. A vantagem é que o qubit pode assumir ambos os valores de 0 ou 1 ao mesmo tempo.¹ É nessa propriedade que está todo o poder computacional de um computador quântico. Para termos uma ideia do poder da computação quântica, imaginemos um algoritmo que fatore números inteiros. Enquanto um algoritmo em um computador quântico requer uma quantidade em ordem polinomial de passos para fatorar um número, o tempo gasto por um algoritmo convencional é exponencial.
Com o poder computacional elevado do computador quântico, as técnicas de criptografia tradicional poderiam ser facilmente "quebradas”, isto, porque os algoritmos tradicionais se baseiam na dificuldade computacional de se "quebrar” as chaves criadas (chave é uma sequência de caracteres usada para criptografar e descriptografar uma informação), atualmente, um dos sistemas de criptografia tradicional mais confiável é o RSA). Enquanto isso, o algoritmo quântico de Shor consegue "quebrar” técnicas de criptografia tradicionais em tempo polinomialmente proporcional ao número de bits da chave. O algoritmo para fatoração de números inteiros em ordem polinomial, citado anteriormente, é um exemplo de um algoritmo de Shor.
Em maio deste ano, a revista Nature publicou um artigo dos físicos Max Hofheinz, John Martinis e Andrew Cleland, no qual eles relataram o avanço que obtiveram no controle quântico dos fótons. A partir de um circuito eletrônico construído com supercondutores, os pesquisadores prepararam estados quânticos absolutamente incomuns utilizando fótons na frequência de microondas.
A pesquisa demonstra que é possível criar estados nos quais a armadilha de luz tem diferentes números de fótons em seu interior, ao mesmo tempo. Por exemplo, ela pode ter, simultaneamente, zero, três e seis fótons.
A medição do estado quântico por meio da contagem dos fótons armazenados força a armadilha a "decidir" quantos fótons há em seu interior; mas, antes da contagem, a armadilha de luz existe em uma superposição quântica, com todos os três resultados sendo possíveis.
Cleland explica que "esses estados superpostos são um conceito fundamental na mecânica quântica, mas esta é a primeira vez que eles foram criados com luz de forma controlada".
Este experimento poderá permitir a criação de protocolos de comunicação mais avançados para a transmissão de informações quânticas, e segundo os pesquisadores, é um passo muito importante para a construção de um computador quântico. Este computador terá aplicações na criptografia de dados e na solução de problemas de difícil solução com o uso da computação tradicional. Voltamos ao exemplo do algoritmo de fatorar números inteiros. Em um algoritmo convencional um número de 1024 bits levaria 100 mil anos para ser fatorado, enquanto o algoritmo de Shor levaria apenas 4,5 mim, ou seja, com um algoritmo convencional torna-se inviável a fatoração de números muito grandes.
Na UFCG, está instalado o IQuanta - Instituto de Estudos em Computação e Informação Quânticas, construído com recursos da FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos), a partir de uma parceria entre pesquisadores de Ciência da Computação, Engenharia Elétrica e Física da UFCG. No IQuanta atuam grupos de pesquisa na área de Computação Quântica: o GMCC – Grupo de Modelos Computacionais e Cognitivos que atua na área de Computação e Informação Quânticas e o GIQ – Grupo de Informação Quântica que atua nas áreas de Comunicação Quântica, Criptografia Quântica, Computação Quântica, Teoria da Informação Quântica e Óptica Quântica. Além dos cursos de Ciência da Computação, Engenharia Elétrica e Física da UFCG, o IQuanta também conta com a participação do curso de Engenharia de Teleinformática da UFC-Universidade Federal do Ceará.
Assim como os transistores substituíram às válvulas, os pesquisadores esperam que os computadores quânticos possam algum dia substituir os chips de silício. Apesar de a maioria das pesquisas em computação quântica ainda ser muito teórica e os computadores quânticos construídos manipularem apenas algumas dezenas de qubits, diversos avanços estratégicos foram obtidos na área nos últimos anos.
A empresa D-Wave, que já demonstrou alguns protótipos funcionais de um computador quântico com 16 e 28 qubits, por exemplo, possui um investimento significativo em computação quântica (em 2007 já se tinha 44 milhões de dólares investidos na construção de um computador quântico) e promete ainda este ano lançar um computador com 1024 qubits. Será que entramos em uma nova era da computação? É esperar pra ver.
¹Os computadores atuais, como uma máquina de Turing, trabalham manipulando bits que existem em um dos dois estados, como 0 ou 1. Computadores Quânticos não são limitados a dois estados; eles codificam a informação como pedaços quânticos, ou qubits. Um qubit pode ser um 1 ou 0, ou pode existir em superposição que é simultaneamente ambos, 1 e 0, ou em algum lugar entre eles.
(natanvm@dsc.ufcg.edu.br)