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A Lei de Moore chegará ao seu fim?
A Lei de Moore chegará ao seu fim?

Computadores clássicos, desses que temos em nossas casas, por mais avançados e complexos que sejam, processam informação da mesma maneira, na forma de sequências de “zeros” e “uns”. Por trás de todas as funções de um computador, se esconde um pequeno componente chamado transistor, que é basicamente um interruptor, permitindo ou bloqueando a passagem de corrente elétrica. Se existir corrente elétrica passando por um transistor, o computador entende aquilo como “1”, caso contrário, entende a falta de corrente como “0”. Quanto mais transistores um computador possuir, maior é a sua capacidade de processamento. Acredite, é simples assim… A Lei de Moore, criada em 1965 por Gordon Moore, fundador da Intel, diz que o número de transistores em chips deveria dobrar a cada 2 anos. Apesar dessa relação ter sido muito bem aceita nos últimos 50 anos, a Lei de Moore não é bem uma lei… Esse ritmo já começou a declinar de uns anos para cá. Isso porque estamos nos aproximando de um limite físico. Isso pode gerar uma imensa crise no setor. Imagine se o computador desse ano fosse idêntico ao de dez anos atrás. Para que você iria comprar um? Alguns anos atrás, cientistas criaram o menor transistor do mundo, utilizando apenas um único átomo. Para onde iremos depois disso? Partículas menores que um átomo? O problema de trabalhar com partículas muito pequenas é que elas deixam de obedecer as leis da física clássica e passam a obedecer as leis da física quântica. O reino quântico, como passaremos a entender (ou não), é uma terra de ninguém, onde praticamente tudo é possível e nada é constante. Como veremos mais a frente, isso pode ser um grande problema para computadores comuns…

Representação de um qubit
Representação de um qubit

Em sistemas físicos menores ou ao menos muito próximos do tamanho de um átomo, as coisas não funcionam da mesma maneira que o mundo macroscópico. Lá, partículas podem estar em vários lugares ao mesmo tempo, ultrapassar barreiras sólidas e outras tantas maluquices quânticas… A menor unidade de informação em um computador comum é o bit, que pode ser tanto 0 quanto 1, como já dito anteriormente. Já num computador quântico, a menor unidade de informação é um qubit (lê-se “quiubit”), nome que veio de “quantum bit”, que significa bit quântico em inglês. Assim como um bit tradicional associa zeros e uns a passagem ou não de corrente elétrica, qubits associam zeros e uns a sistemas quânticos binários como a polarização de um fóton por exemplo (vertical ou horizontal). “Então qual a diferença?” A questão é que, no mundo quântico, o qubit não precisa estar apenas em um estado. Ele pode estar em um, em outro e em dois estados ao mesmo tempo! Esse efeito é chamado de superposição. O que seria um grande problema para os computadores comuns, é uma dádiva para os computadores quânticos. Por quê? Imagine um computador que utilize quatro bits comuns. Como cada bit pode conter um de dois valores possíveis, há 16 combinações possíveis (0000, 0001, 1010, etc.). Para que o computador “escaneie” todas essas combinações, ele terá que passar por todas essas combinações uma a uma. qbits formulaJá 4 qubits, como estão em superposição, podem armazenar essas 16 combinações ao mesmo tempo! Ou seja, 1 qubit equivale a 2 bits, 2 qubits equivalem a 4 bits, 3 qubits equivalem a 8 bits e assim vai… Um computador de apenas 500 qubits pode, teoricamente, analisar mais informações do que há átomos no universo!

“Se você acha que entendeu alguma coisa sobre mecânica quântica, então é porque você não entendeu nada.” -Richard Feynman

Apesar da incrível capacidade processamento dos computadores quânticos, existe um grande problema com eles: Não podemos medir seus resultados. Não por alguma limitação tecnológica, mas sim porque literalmente não podemos. Se tentarmos medir um qubit, ele sempre vai apresentar um valor único. A superposição só acontece quando ninguém está observando! Se você acha isso loucura, fique tranquilo, todos os cientistas também. Como disse o físico Richard Feynman: “Se você acha que entendeu alguma coisa sobre mecânica quântica, então é porque você não entendeu nada.” Para confundir ainda mais sua cabeça entender melhor essa história, vamos dar uma olhada num dos experimentos mais antigos da física quântica, o experimento da dupla fenda.

EXPERIMENTO DUPLA FENDA
À esquerda, quando não estão sendo medidas, as partículas se comportam como onda. À direita, agora sendo observadas, como partículas.

No experimento da dupla fenda, partículas foram arremessadas contra um bloqueio com duas fendas muito pequenas. As partículas obviamente precisavam passar por uma fenda ou por outra e logo depois se chocavam contra um anteparo, marcando sua posição no mesmo. O esperado era que, como as partículas precisavam passar por uma fenda ou por outra, as marcas no anteparo se acumulassem em frente às duas fendas. Porém, não foi isso que aconteceu… As partículas formaram um padrão estranho no anteparo, como se não fosse uma partícula que estivesse passando pelas fendas e sim uma onda. Ou melhor ainda… É como se a partícula estivesse em vários lugares ao mesmo tempo, formando uma espécie de onda de probabilidades que passava pelas duas fendas. Assim como você, os cientistas também acharam isso uma loucura, por isso instalaram detectores para que pudessem identificar por qual fenda cada partícula estava passando. “Agora vamos entender essa treta!” pensaram os cientistas. (Não?) Como era esperado, as partículas estavam passando por um fenda ou por outra, nunca pelas duas. Porém, antes que os cientistas pudessem respirar aliviados, eles repararam uma outra coisa: As marcas no anteparo mudaram! Agora que eles sabiam por onde as partículas estavam passando, as marcas no anteparo eram exatamente como esperadas inicialmente, se acumulando em frente às fendas. Com isso, por mais louca que fosse, os cientistas só conseguiam chegar a apenas uma conclusão: usaram muito LSD e estavam muito doidões quando as partículas não estavam sendo observadas, elas estavam em diversos lugares ao mesmo tempo, ou seja, se comportavam como uma onda, e quando estavam observando-as, se comportavam normalmente como partículas. Essa é a física quântica! Porém, se não é possível medir uma superposição, então é impossível utilizar um computador quântico?

Elimine o impossível, e o que restar, por mais improvável que pareça, deve ser verdade. -Sherlock Holmes

Com ar futurista, o D-Wave é o suposto novo computador quântico do Google
Com ar futurista, o D-Wave é o suposto novo computador quântico do Google

É possível sim! Porém, não podemos em nenhum momento saber o que ele está fazendo, ou então ele simplesmente não funciona. (É tímido, coitado…) Portanto, é preciso criar operações lógicas que trabalhem com superposições, mas que deem como resultado final algo que possa ser medido, em apenas um estado. Ou seja, a programação de um computador quântico é extremamente complexa e não é algo que possa ser feito pelo seu sobrinho que mexe com internet… Mas talvez possa ser feito pelo Google! A gigante comprou um computador da D-Wave, uma empresa canadense que diz ter criado o primeiro computador quântico do mundo. Porém, poucos detalhes da máquina foram revelados e muitos céticos ainda duvidam que se trata realmente de um computador quântico. De qualquer jeito, não se anime muito com uma possível nova geração de computadores pessoais. Paradoxalmente, computadores quânticos são mais lentos do que computadores comuns para tarefas como navegar no Facebook e ver vídeos de gatinhos no Youtube… Eles realmente mostram seu poder em tarefas que demandam extrema capacidade de processamento como inteligência artificial, condições climáticas, análise de DNA, processos quânticos em si e o significado da vida, do universo e tudo mais… Quanto mais complexa e caótica a tarefa, melhor um computador quântico se sai. Um único desses poderia revolucionar a nossa sociedade, porém, seria inútil para nossas tarefas mundanas.

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