Supremacia quântica

Na nossa experiência quotidiana, o mundo é 100% mensurável, determinístico e independente do observador. O vidro está sobre a mesa intacto ou no chão estilhaçado, independentemente de quando ou mesmo se você o mede ou observa. As três bolas de gude em sua bolsa são definitivamente coloridas de vermelho, verde e azul, e não importa como você agita a bolsa ou por quanto tempo, a bola de gude vermelha permanece vermelha, a bola de gude verde permanece verde e a bola de gude azul permanece azul. E se você olhar para aquela moeda que de alguma forma caiu na sua mesa de cabeceira há muito tempo, ela sempre se comportará como se “cara” ou “coroa” estivessem voltadas para cima, nunca como se fosse parte cara e parte coroa, simultaneamente, ao mesmo tempo. .

Mas no Universo quântico, este não é necessariamente o caso. Um átomo radioativo que permanece despercebido existirá numa superposição de estados “decaídos” e “não decaídos” até que a medição crítica seja feita. Os três quarks de valência que compõem o seu próton podem ter uma cor definitiva sempre que você os mede, mas exatamente a cor que você observa certamente não será constante ao longo do tempo. E se você atirar muitos elétrons, um de cada vez, através de uma fenda dupla e não medir por qual fenda ele passa, o padrão que você verá indicará que cada elétron passou pelas duas fendas simultaneamente.

Esta diferença, entre sistemas clássicos e quânticos, resultou em revoluções científicas e tecnológicas. Um campo que só agora está emergindo é a computação quântica, carregando consigo a fascinante noção de supremacia quântica, mas também gerando uma grande série de afirmações duvidosas e desinformação. Aqui está um explicador sobre a supremacia quântica e o estado atual dos computadores quânticos para ajudá-lo a separar os fatos da ficção.

Vamos começar com uma ideia que você provavelmente conhece: a noção de um computador cotidiano, também conhecido como computador clássico. Embora máquinas e dispositivos de cálculo já existissem há muito tempo, bem antes do século XX, foi Alan Turing quem nos deu a ideia moderna de um computador clássico na forma do que hoje é conhecido como máquina de Turing.

A versão simples de uma máquina de Turing é que você pode codificar qualquer tipo de informação que desejar em bits: ou componentes binários (com apenas duas opções) que, por exemplo, podem ser representados por 0s e 1s. Você pode então aplicar uma série de operações sucessivas a esses bits (por exemplo, operações como “AND”, “OR”, “NOT” e muitas mais) na ordem correta para realizar qualquer tipo de cálculo arbitrário que você tinha em mente.

Alguns desses cálculos serão fáceis de codificar e fáceis de serem executados pelo computador: eles requerem apenas um pequeno número de bits, um pequeno número de operações e um tempo muito curto para computá-los todos. Outros serão difíceis: difíceis de codificar, computacionalmente caros para o computador executar e potencialmente exigindo um grande número de bits, um grande número de operações e longos tempos de computação. Independentemente do cálculo desejado, entretanto, se você puder projetar um algoritmo, ou método, para executar com êxito qualquer tarefa computacional, poderá programá-lo em um computador clássico. Eventualmente, com tempo suficiente, seu computador terminará o programa e entregará os resultados.

No entanto, há uma diferença fundamental entre este tipo de “computador clássico” (que funciona exclusivamente com bits clássicos e operações clássicas) que acabamos de descrever e um “computador quântico”, onde este último foi puramente uma construção teórica durante muitas décadas. Em vez de bits regulares, que estão sempre em um estado conhecido como “0” ou “1” sem exceções, independentemente de como ou mesmo se você os mede ou não, os computadores quânticos usam o que é conhecido como qubits, ou o quantum análogo de bits.

Embora os qubits possam assumir os mesmos valores que os bits clássicos podem assumir – “0” ou “1” neste caso – eles também podem fazer coisas como existir em um estado intermediário que é uma superposição de “0” e “1” simultaneamente. Eles podem estar a meio caminho entre 100% “0” e 100% “1” em qualquer quantidade que totalize 100% no total, e a quantidade de “0” e a quantidade de “1” que um qubit possui podem mudam tanto como resultado de operações realizadas no qubit quanto também devido à simples evolução no tempo.