ACTUALMENTE EXISTEM PROBLEMAS QUE OS NOSSOS COMPUTADORES JÁ NÃO SÃO CAPAZES DE RESOLVER. SERÃO OS COMPUTADORES QUÂNTICOS A SOLUÇÃO DESSES PROBLEMAS?
Figura 1 - Os dois algarismos mais importantes em computação
01110010… Bits, os tão conhecidos 0s e 1s que aparecem nos filmes com agentes especiais que descodificam passwords para abrirem ficheiros secretos... São os bits (Binary Digits) que regem os computadores de hoje em dia, os chamados computadores clássicos. São eles que servem de instruções e dados para realizar uma simples conta de 1+1 na calculadora, gerar efeitos especiais num filme de acção ou criar a planta dum edifício num programa de desenho como o AUTOCAD. Uma das várias vantagens que os bits têm é o facto de só existirem dois estados possíveis para os mesmos: sempre 0 ou 1. É essa característica que os torna únicos e faz com que seja possível obter sempre o mesmo comportamento, o mesmo resultado, a não ser claro que existam erros (os chamados bugs). Não fossem essas falhas e teríamos máquinas totalmente determinísticas, em que para cada pergunta teríamos sempre a mesma resposta, fosse hoje ou daqui a 1024 anos. Mas e se não tivéssemos só 0s e 1s? Conseguiríamos ter computadores que funcionassem?
Figura 2 - Doutor Lov Grover, criador do Algoritmo de Grover
Foi no início da década de 1980 que se começou a falar de computação quântica, uma forma diferente de conceber máquinas capazes de resolver problemas que os computadores clássicos não conseguiam resolver. A computação quântica consegue resolver facilmente problemas de desencriptação de códigos de segurança bancários, descobrir qual o melhor trajecto entre dois locais, entre tantos outros problemas do nosso dia a dia. Mas como é que o faz? De uma forma parecida e ao mesmo tempo totalmente distinta dos computadores clássicos.
Figura 3 - Representação de um qubit
Enquanto que temos os bits para os computadores clássicos, para os computadores quânticos temos os qubits (Quantum Bits). Os qubits, à semelhança dos bits, podem ter o valor de 0 ou 1 como estados possíveis. Mas o que os tornam únicos é que, além desses dois estados, podem ainda estar em estados intermédios em que são 0 e 1 em simultâneo. Estranho? Sim, mas podemos fazer a analogia como quando atiramos uma moeda ao ar. Enquanto a moeda está a rodopiar no ar, num dado momento há uma probabilidade de ser coroa, outra probabilidade de ser cara e ainda outra probabilidade de ser cara e coroa em simultâneo. Este estado “misto”, em conjunto com outras propriedades quânticas, faz com que se consigam criar soluções para problemas que não são possíveis de resolver com a computação clássica. No fim, tudo se baseia nos diferentes estados possíveis e as suas probabilidades.
Figura 4 - Típico problema de um vendedor ambulante a deslocar-se entre várias cidades, tentando percorrer a menor distância possível na sua viagem
Como já foi referido, vários problemas ficam muito mais simples de calcular com a computação quântica. A típica situação de descobrir uma palavra chave passa a ser uma tarefa trivial. Tal resulta que quando se tenta descobrir uma password com a computação clássica vai-se tentando combinação a combinação, uma de cada vez, tentativa e erro, enquanto que com a computação quântica conseguem-se testar todas as combinações em simultâneo. No entanto, após realizar essas combinações em simultâneo, é necessário refinar qual a resposta para se perceber qual é o resultado (estado) com a maior probabilidade de ser o correcto. Para se proceder a este processo de refinamento pode-se recorrer a alguns algoritmos quânticos tais como o algoritmo de Shor ou o algoritmo de Grover, ambos criados na década de 1990.
Figura 5 - Computador quântico à escala humana
É verdade que também se pode argumentar que existe paralelismo na computação clássica, pois tal já existe por exemplo nos nossos computadores quando estamos a ouvir uma música, enquanto estamos a ler as notícias num site e ainda fazemos um download de um ficheiro. De todo o modo, não se pode comparar milhões de milhões de processos clássicos a tentar descobrir uma password em paralelo, quando em muito menos tentativas a computação quântica consegue obter a resposta.
Figura 6 - Processador quântico Sycamore
Note-se que a computação quântica não é a solução para todos os nossos problemas, pois existem situações em que os computadores clássicos têm melhor desempenho. Exemplo disso são os programas de edição de texto ou folhas de cálculo (Microsoft Word e Excel respectivamente). Mas para os problemas de optimização (ex. gestão de stocks), procura (ex. melhor trajecto entre dois pontos) e outros, a computação quântica exerce a sua supremacia sobre a computação clássica. Sendo assim, o caminho mais natural daqui a uns anos será termos computadores híbridos, com núcleos clássicos e quânticos, em que conforme os diferentes problemas serão utilizados tantos os princípios clássicos como os princípios quânticos. Agora só temos de esperar que tornem os computadores quânticos mais compactos ou então darmos nós os passos para que isso aconteça!
Ricardo Caetano
3 de Agosto de 2020
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