O bit. Sem ele não haveria computadores, smartphones e internet facilitando a nossa vida e o pior… tudo seria um tédio. O dígito binário, ou bit para os íntimos, é a unidade básica da informação permitindo o processamento e armazenamento de dados na computação e comunicação digital, determinando dois possíveis estados para tal fim: 0 ou 1. Esses estados podem ser representados de diversas formas: verdadeiro ou falso, + ou -, ativado ou desativado, cara ou coroa, ying ou yang… ou seja, qualquer atributo que possa assumir apenas 2 valores distintos.
Para a computação quântica poder ser eficiente, ela não pode usar a mesma forma de processamento e armazenamento de dados utilizado na computação clássica. Ela precisa de uma unidade de informação diferente. Então para o lado quântico da força funcionar, da física quântica surgiu o qubit, quantum bit ou bit quântico, como desejarem chamar.
David Deutsch é um dos principais pioneiros do campo da computação quântica. Nascido em Haifa, Israel, e educado na Inglaterra, Deutsch estudou física nas universidades de Cambridge e Oxford, sendo desde 1999 um professor vinculado à universidade de Oxford, apesar de não dar aulas. Em Oxford, Deutsch é membro fundador do centro de computação quântica do laboratório de Clarendon.
David Deutsch com seu simpático sorriso 🙂
Deutsch também é um membro honorário da Wolfson College, Oxford, além de ser Fellow da Royal Society de Londres. David tem 2 livros publicados, “The Fabric of Reality” e “The Beginning of Infinity“, ambos podem ser encontrados na Amazon.
As contribuições de David para a computação quântica foram fundamentais, tendo escrito um dos principais artigos da área, em 1985, o “Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer“, aonde teoriza uma máquina de Turing quântica. O Artigo está disponível neste link.
Além disso, criou a teoria das portas lógicas quânticas, das redes computacionais quânticas, o primeiro esquema de correção de erros quântico, além de ter descoberto o primeiro algoritmo quântico. É também creditado, junto com Richard Jozsa, na criação do algoritmo de Deutsch-Jozsa, um dos primeiros exemplos de como algoritmos quânticos podem ser exponencialmente mais rápidos do que os clássicos. Por suas enormes contribuições, ganhou o prêmio Dirac do instituto de física em 1998, e em 2005 o prêmio “Edge of computation Science Prize”.
Na entrevista abaixo, David fala sobre algumas de suas visões da computação quântica:
David também disponibilizou gratuitamente 6 palestras introdutórias para o campo da computação quântica, dadas por ele próprio, com os respectivos tópicos (em inglês):
1- “The Qubit”
2- “Interference”
3-“Measurement”
4- “The Schroedinger Picture”
5- “A Quantum Algorithm”
6- “Grover’s Search Algorithm“.
Curiosamente, além de todas as suas contribuições para os campos da física e da computação, Deutsch é um amante das flores. Ele gosta tanto de flores, que o seu canal oficial do youtube possui apenas 2 vídeos, sendo um deles uma palestra de 1 hora que ele deu, intitulada “porque as flores são bonitas?”. Disponível aqui.
Mais detalhes sobre a sua vida, artigos, livros, vídeos e curiosidades, podem ser vistas em seu site oficial.
Como dito no post anterior, a canadense D-Wave é pioneira na produção de artigos acadêmicos sobre a computação quântica. De fato, ela começou com um modelo de negócios baseado no licenciamento das futuras patentes que seriam desenvolvidas, antes da construção de seus computadores quânticos propriamente ditos.
Vejamos então quais são os seus principais artigos, disponíveis em seu site:
A empresa canadense D-Wave é creditada como a primeira empresa a vender computadores quânticos comerciais. Fundada em 1999, com escritórios e laboratórios em Vancouver, Hanover e em Palo Alto, a D-Wave já possui 140 patentes registradas nos Estados Unidos sobre computação quântica, além de ter publicado mais de 90 artigos científicos sobre o tema.
Muitos dos seus artigos estão disponíveis em seu site oficial, e serão alvo de outro post.
Em 2010 a empresa lançou o primeiro computador quântico comercial, o chamado D-Wave One. Em 2013 foi lançado o D-Wave Two, possuindo 512 qubits, segundo a própria D-Wave. Em 2015 foi lançado o D-Wave 2X, com mais de 1000 qubits, segundo a empresa, e finalmente em 2017 foi lançado o D-Wave 2000Q, com 2000 qubits. Através de uma colaboração entre a Google,NASA e a USRA na criação de um laboratório de inteligência artificial chamado QuAIL, um computador quântico da D-Wave foi comprado por um valor que é especulado na casa dos 15 milhões de dólares.
Seguindo um exemplo parecido com o da IBM, é possível acessar o modelo D-Wave 2000Q através da nuvem, recebendo códigos em C/C++, Python e MATLAB. Maiores informações podem ser achadas no site oficial da empresa, neste link. Os computadores da D-Wave também possuem problemas em se manter a baixíssimas temperaturas. Um tour completo, com excelentes explicações pode ser visto nos vídeos que seguem:
Neste primeiro vídeo, Jeremy Hilton, vice presidente do grupo de desenvolvimento do processador quântico nos demonstra as entranhas do computador quântico da D-Wave, explicando a necessidade de manter o sistema a baixíssimas temperaturas, e livre de influências magnéticas. Para isso, ele possui um sistema de servidores, para se acessar o processador quântico, um sofisticado sistema de refrigeração, o processador quântico propriamente dito, encapsulado por várias camadas e proteções magnéticas e térmicas. As proteções magnéticas se devem ao fato de que os qbits do processador da D-Wave são armazenados via campos magnéticos, notadamente usando os seus spins eletrônicos.
No segundo vídeo, Murray Thom, diretor de serviços profissionais, nos demonstra o processador quântico D-Wave, demonstrando que o sistema de refrigeração possui diversas camadas, descendo em etapas: 300 kelvin, 50 kelvin, 3 kelvin, 0.7 kelvin, 0.1 kelvin e 0.01 kelvin. Essas temperaturas são mais frias do que as achadas no espaço interestelar.
O livro “Quantum Computers” de Jon Schiller, lançado em 2009, é um bom estudo para aqueles que querem aprender mais sobre a computação quântica. O livro, unicamente disponível em inglês através da Amazon neste link, traz diversos conhecimentos básicos, e alguns avançados, dentro da temática da computação quântica.
O livro nasceu fruto de uma palestra sobre computação quântica, que o autor assistiu em um seminário no Instituto de Tecnologia da Califórnia, Caltech, que lhe instigou a curiosidade, resultando em uma pesquisa em artigos acadêmicos, e consultas no google, resultando no livro.
O livro está dividido em 9 principais capítulos e 4 apêndices, sendo eles (traduzidos):
– Capítulo 1: Introdução
– Capítulo 2: Como funciona um computador quântico
– Capítulo 3: Linha do tempo e referências a computadores quânticos
– Capítulo 4: Como que os computadores quânticos se diferenciam dos computadores clássicos
– Capítulo 5: Quais problemas pode um computador quântico resolver
– Capítulo 6: Quais perigos existem para a privacidade com computadores quânticos
– Capítulo 7: Como os computadores quânticos armazenam dados
– Capítulo 8: Quando você poderá comprar um computador quântico
– Capítulo 9: Os esforços da IBM na computação quântica
– Apêndice A: – Definições usadas em computação quântica.
– Algoritmos de Shor.
– Apêndice B: – Glossário dos termos da computação quântica
– Emaranhamento
– O princípio da incerteza de Heisenberg
– Qubit
– Apêndice C: – O paradoxo de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)
– Apêndice D: – As novidades da internet sobre computadores quânticos
Os assuntos e tópicos deste livro serão melhor detalhados posteriormente em futuros posts, como já fizemos neste post, falando sobre as tecnologias empregadas na construção de um computador quântico, com informações deste livro. Este livro é muito rico em diversas informações, porém em alguns pontos ele se aprofunda no aspecto matemático o que poderá afastar alguns leigos do assunto. Em alguns aspectos o livro se encontra datado, por conta das evoluções que aconteceram na área, porém em sua maior parte o livro traz muitos tópicos relevantes e com uma linguagem relativamente acessível, apesar de ser em inglês.
Aguardem os próximos posts em que utilizaremos este livro (e outros) como referência para o estudo deste grandioso e intrigante universo da computação quântica!
David Deutsch com seu simpático sorriso 🙂
David Deutsch expressando o seu amor às flores!
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