O que é um qubit?
Os qubits explicados
Da mesma forma que um bit binário é a unidade básica de informação na computação clássica (ou tradicional), um qubit (ou bit quântico) é a unidade básica de informação na computação quântica. A computação quântica está a gerar novas descobertas nos setores dos cuidados de saúde, energia, sistemas ambientais, materiais inteligentes, entre muitas outras áreas.
Qubit vs. bit
Os qubits são representados por uma sobreposição de vários estados possíveis
Os qubits utilizam o fenómeno mecânico quântico da sobreposição para alcançarem uma combinação linear de dois estados. Os bits binários clássicos só conseguem representar um valor binário, como 0 ou 1, o que significa que só podem estar num de dois estados possíveis. Contudo, os qubits podem representar 0, 1 ou qualquer proporção de 0 e 1 numa sobreposição de ambos os estados, com uma determinada probabilidade de ser 0 e uma determinada probabilidade de ser 1.
A sobreposição confere aos computadores quânticos poder de computação superior
A sobreposição permite aos algoritmos quânticos processar informações numa porção do tempo que os sistemas clássicos mais rápidos demorariam para resolver determinados problemas.
- A quantidade de informações que os sistemas de qubits podem representar cresce exponencialmente. As informações que 500 qubits podem facilmente representar não seriam possíveis nem mesmo com mais de 2^500 bits clássicos.
- Um computador clássico poderia demorar milhões de anos a encontrar os fatores primos de um número de 2048 bits. Os qubits podem fazer o cálculo numa questão de minutos.
Existem muitas implementações físicas de qubits
Ao passo que os computadores clássicos utilizam os familiares chips de silício, os qubits (por vezes designados "qubits de computador quântico") podem consistir em iões presos, fotões, átomos artificiais ou reais ou quasi-partículas. Consoante a arquitetura e os sistemas de qubits, em algumas implementações é necessário que os qubits estejam a temperaturas próximas do zero absoluto.
Sobreposição, interferência e entrelaçamento
A sobreposição permite aos algoritmos quânticos utilizar outros fenómenos mecânicos quânticos, como a interferência e o entrelaçamento. Juntos, sobreposição, interferência e entrelaçamento criam um poder de computação capaz de resolver problemas exponencialmente mais depressa do que os computadores clássicos.
Interferência
Uma consequência da sobreposição é a interferência. Os estados dos qubits podem interferir entre si porque cada estado é descrito por uma amplitude de probabilidade, tal como as amplitudes das ondas.
A interferência construtiva reforça a amplitude, ao passo que a interferência destrutiva a cancela. Estes efeitos são utilizados nos algoritmos de computação quântica, o que os torna essencialmente diferentes dos algoritmos clássicos. A interferência é utilizada juntamente com o entrelaçamento para permitir a aceleração quântica que a computação quântica proporciona.
Entrelaçamento
Múltiplos qubits podem criar um entrelaçamento quântico. Os qubits entrelaçados estão sempre correlacionados entre si, pelo que formam um sistema individual. Mesmo quando estão infinitamente distantes, medir o estado de um dos qubits permite-nos saber o estado dos outros sem termos de os medir diretamente.
O entrelaçamento é obrigatório para qualquer computação quântica e não pode ser feito eficazmente em computadores clássicos. As utilizações incluem a fatorização de números elevados (algoritmo de Shor) e a resolução de problemas (algoritmo de Grover).
O futuro dos qubits
O qubits são frágeis
Um dos obstáculos mais significativos à computação quântica é a natureza frágil dos qubits. O entrelaçamento do sistema de qubits com o seu ambiente, incluindo a configuração da medição, pode facilmente perturbar o sistema e provocar decoerências. Por esse motivo, estão a ser atualmente desenvolvidos avanços na criação do hardware da computação quântica e nos métodos de correção de erros.
Os qubits topológicos são mais estáveis
Para colmatar o problema da fragilidade, a Microsoft utiliza qubits topológicos, que são estabilizados através da manipulação da sua estrutura e ao seu redor com compostos químicos que os protegem contra contaminação externa. Os qubits topológicos estão protegidos do ruído devido às propriedades topológicas das quasi-partículas, que tornam o hardware quântico da Microsoft mais resistente aos erros. Este aumento de estabilidade contribui para que o computador quântico se dimensione para concluir computações mais longas e complexas, potenciando deste modo as soluções mais complexas.
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