Estados de Bell

Durante nossas pesquisas sobre computação quântica, nos deparamos muito com as palavras “estados de Bell”. Pensamos, logo perguntamos: Onde fica esse país chamado de Bell? Qual sua capital? Quantos estados deve ter ele? Quantas pesssoas moram nele? Será que tem formato de sino? Ou será que é sino com vários estados? 😱

Procurando na internet descobrimos que na verdade é um teorema.

John Stewart Bell, irlândes de Belfast e nascido em 1928, desde criança se interessava pelas ciências se formando como primeiro da classe em Fisica experimental no ano de 1948 em Queen’s University Belfast. Na mesma universidade, ficou mais um ano como estudante obtendo sua segunda graduação em Matemática da Física, novamente como primeiro da classe. Necessidades econômicas o fizeram adiar os estudos sobre as bases conceituais da teoria quântica para trabalhar no UK Atomic Research Establishment em Harwell no projeto de acelerador. Nesse pojeto conheceu Marie Ross com quem casou em 1954 e foi sua companheira até o dia de sua morte em 1990.

John S. Bell em sala de aula

Na década de 1960, John S. Bell formulou um teorema quântico, baseado na contribuição de variáveis ocultas feita pelo físico teórico Bohm desafiando os estudos de Von Neumann, onde Bell construiu sua própria variável oculta de medição de qualquer componente. Isso permitiu que o experimento fosse mais simples, mais dificil de ignorar e demonstrar mais claramente no que o argumento de Von Neumann estava errado. Para saber mais sobre o teorema de Bell.

A Computação Quântica e o Coronavírus

A não ser que você leitor esteja vivendo em algum mundo paralelo (o que é teoricamente possível graças aos estudos da física quântica :P), vivendo em alguma caverna ou curtindo a vida em alguma ilha particular ensolarada, é bem provável que você também tenha sido impactado pelo Coronavírus, que gerou uma pandemia, ou seja, uma epidemia no mundo todo.

(Até Tom Hanks, o náufrago, foi infectado pelo Covid-19, transmitido pelo Wilson?)

A computação quântica até então foi alvo de investimentos estratégicos de vários governos e empresas ao redor do mundo, ganhando inclusive neste ano um investimento especial de 500 milhões de dólares da administração de Donald Trump nos EUA. Apesar dos cortes deste governo em outros ramos da ciência, a computação quântica continua como um setor estratégico prioritário, porém focando especialmente em questões de segurança nacional. Por conta da pandemia do Coronavírus, estamos tendo a oportunidade de perceber o quanto as tecnologias de computação quântica poderão ajudar a gerenciar outras crises no futuro, relacionadas à saúde.

(O supercomputador Summit da IBM)

A IBM através do supercomputador Summit, que é o supercomputador mais rápido do mundo, está ajudando na identificação de dezenas de substâncias que podem conter o avanço do Covid-19. Os pesquisadores do laboratório Nacional Oak Ridge estão tendo a oportunidade de realizar milhares de simulações de compostos químicos que podem impedir o contato do vírus com células humanas. Eles analisaram 8 mil substâncias com o poder do Summit de 200 quadrilhões de cálculos por segundo, levando 2 dias para efetuar todas as operações e chegaram a 77 compostos estratégicos. Computadores normais levariam meses para realizar estes cálculos, mas a grande questão é, quanto tempo levaria com o uso de computadores quânticos? Como que ficariam os cálculos nos ramos da epidemiologia, Bioinformática e a modelagem de moléculas, com o uso de tanto poder computacional?

UQ News 01

Comunicados Quânticos

Olá povo quântico!

Dando continuidade aos posts das notícias quânticas mais relevantes no cenário mundial (e quem sabe dos múltiplos universos), nesse ano estamos mudando nossa forma de dá-las. Ao invés de indicarmos o mês e ano como estávamos fazendo, iremos começar a numerá-las e adotaremos as iniciais do nosso amado, estimado e idolatrado blog (salve, salve) para seu título. Acompanhando a lei de Moore, esse é o nosso primeiro número da nova era quântica!

Pesquisas Quânticas

Por falar em múltiplos universos, iremos começar com eles. Dois físicos russos da Universidade Federal do Báltico Immanuel Kant (IKBFU), Artyam Yurov e Valerian Yurov, propuseram através de seus estudos recentes que o universo é um grande computador quântico que interage com vários universos, ou seja, nós seriamos uma partícula subatômica vivendo uma simulação. Isso indica que nosso universo estaria num estado de superposição com outros universos e, dessa forma, interagindo com eles. Eles afirmam que a matemática e a ciência funcionam melhor se levarmos em consideração que tudo possui características quânticas. Será que já vivemos num grande computador quântico? Na resenha feita por nós, Seth Lloyd em seu livro “Programming The Universe” teoriza a ideia do universo ser um grande computador quântico.

Em novembro do ano passado aconteceu o simpósio FAPESP Week France que reuniu pesquisadores do Estado de São Paulo e da Universidade de Lion, cujo assunto das apresentações foram os fenômenos físicos e a manipulação da luz para a transmissão de informação. Marcelo Martinelli e Paulo Nussenzveig do IF-USP (Instituto de Física da USP), apresentaram os resultados do experimento de entrelaçamento com 6 ondas de luz geradas por uma fonte de laser, chamado de Oscilador Paramétrico Óptico (OPO).

Fernando Brandão – Um Brasileiro em Terras Quânticas

Com todo esse frenesi em torno da supremacia quântica, não foi deixado de notar o dedinho (a mão, o braço, a mente… enfim…) de um brasileiro que não teve medo de encarar esse mundo bem estranho no meio de gente também estranha. Esse é o brasileiro Fernando Brandão.

Professor Fernando Brandão

O físico docente do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), Fernando Brandão, aos 36 anos contribuiu no desenvolvimento do computador quântico da Google Sycamore que resolveu em 200 segundos um problema que levaria 10 mil anos para os computadores clássicos solucionarem. Se você, leitor, não estava em outro mundo já deve ter ouvido essa noticia, senão acessem esse link para saber mais sobre a supremacia quântica.

Mas quem é o professor Fernando Brandão? De que universo paralelo ele surgiu? Porque aqui no Brasil não conseguimos um sanduíche de mortadela para incentivar alguém a chegar nesse patamar… “Palma, Palma… não priemos cânico!!” Ele é aqui do planeta Terra, mais precisamente do Brasil… de Minas Gerais!!! Após graduação em física, descobriu na internet a computação quântica. A partir daí concluiu em 2005 o mestrado sobre emaranhamento na UFMG e partiu para o doutorado no Imperial College de Londres, na Inglaterra, financiado pela CNPQ, entre 2005 e 2008. Continuou na Inglaterra onde fez seu pós doutorado e antes de ocupar o cargo máximo da divisão de teoria física, matemática e astronomia da Caltech em 2015, ele rodou o mundo passando pela Suíça, fazendo outro pós doutorado básico na UFMG e na divisão de Redmond da Microsoft.

Noticias Quânticas – Outubro/2019

Estamos de volta com as notícias mais relevantes do mundo quântico desse mês de outubro de 2019.

Começaremos falando resumidamente da polêmica quântica que está no ar repercutindo nos mais diversos universos paralelos entre as gigantes Google e IBM. A Google afirma ter obtido a supremacia quântica através do experimento executado no computador quântico Sycamore, mas a IBM contesta veementemente. Clique e confira o post completo sobre o tema em: Polêmica no Mundo Quântico – Google x IBM: Quem tem a Razão na Supremacia Quântica.

Summit x Sycamore: A batalha da década

Em resposta a Google, a IBM Research revelou no dia 25/10 uma nova técnica de nanotecnologia que permite posicionar cada átomo e controlar suas propriedades. A técnica utiliza um STM (Microscópio de Túnel de Varredura) com um instrumento semelhante a uma agulha para encontrar e empurrar os átomos. Os cientistas usaram explosões de microondas, enviadas da ponta do STM, para organizar, ordenar e direcionar os átomos. Essas explosões forçam os átomos a girarem de acordo com o desejado e, dessa forma, conseguiram simular o emaranhamento quântico criando um qubit. Caso desejem ler o artigo publicado na revista Science, e tenham acesso, clique no link a seguir: Coherent spin manipulation of individual atoms on a surface.

Polêmica no Mundo Quântico – Google x IBM: Quem tem a Razão na Supremacia Quântica

Extra!! Extra!! Extra!!! A treta no mundo quântico está rolando solta.

O Artigo

No dia 23/10/2019 a Google publicou um artigo na revista Nature o resultado de 5 anos de estudo afirmando que atingiu a supremacia quântica ao conseguir realizar um calculo matemático em três minutos e vinte segundos no computador quântico de 53 qubits chamado Sycamore, que demoraria 10 mil anos para ser feito por um computador clássico. O resultado ainda será discutido pela comunidade científica. É o mesmo estudo incompleto publicado no site da NASA erroneamente (só pode ter sido o estagiário) em setembro deste mesmo ano. Além do financiamento da Google, a pesquisa reuniu 76 pesquisadores de 10 diferentes instituições como a NASA, Google research, Caltech e universidades dos EUA e Alemanha, como a de Massachussets e da Califórnia em Santa Bárbara. O artigo se encontra disponível neste link.

A Máquina da Discórdia

Apesar da Google ter desenvolvido um processador de 72 qubits no inicio de 2018, o de 53 qubits recebeu maior foco por seus resultados se apresentarem próximo da supremacia quântica. Além disso, o processador de 72 qubits apresentou grande instabilidade devido a um erro no projeto. A tão controversa supremacia quântica foi atingida quando os pesquisadores conseguiram desvendar o funcionamento de um gerador de números aleatórios, o qual demoraria 10 mil anos a ser decifrado no mais potente supercomputador do mundo, o Summit da IBM.

O chip apesar de ter menos de 2 cm, pois cada qubit mede cerca de 1 milionésimo de centímetro, necessita de um sistema de resfriamento de 1,80 m x 60 cm de diâmetro à temperatura de -272.99ºC por meio do gás Hélio para manter a estabilidade dos qubits, além de cada um deles serem alimentados por 3 cabos destinados a amplificação do sinal e eliminação de possíveis interferências. Tão grande que lembra nosso saudoso ENIAC nos primórdios da computação…

Nos primórdios o ENIAC, na atualidade Sycamore: nada mudou

VII Paraty Quantum Information

Olá amiguinhos quânticos!

Desculpe-nos a nossa longa ausência aqui no blog, mas a nossa ex-presidente Dilminha não quis nos liberar umas verbas de pesquisa e com os cortes de verbas do titio Bolsinha fica difícil sobreviver nesse país só com posts no blog. Hahaha…

Brincadeiras à parte, estamos aqui para promover um evento muito importante na área da computação quântica que ocorre a cada 2 anos iniciando desde 2007 na cidade de paramim… digo… Paraty chegando à sua sétima edição: o VII Paraty Quantum Information School and Workshop.

Esse evento contará com workshops (ainda sendo confirmados) e as palestras confirmadas de:

• Alejandro Perdomo-Ortiz da Zapata Computing
• Antonio Zelaquett Khoury da Fluminense Federal University
• Daniel Cavalcanti da ICFO
• Olivier Pfister da University of Virginia
• Sabrina Maniscalco da Turku University
• Yelena Guryanova da IQOQI-Vienna

As inscrições mais baratas (para os pobres) começam a partir de amanhã dia 27/05/2019 e irão até 07/07/2019. De 08/07/2019 à 31/07/2019, as inscrições nesse período são mais caras (para os ricos).

Clique aqui para mais informações de datas e aqui para saber os valores.

Todos estão estão convidados ao evento, mas não levem seus gatos. Pode ser que eles voltem… ou não…

E ai? Vai me levar ou não?

Até o próximo post… ou não…

Clonar ou Não Clonar: Eis a Questão!

No post de hoje iremos falar sobre clonagem. Em 1996, cientistas ousaram clonar uma ovelha chamada Dolly. Conclusão: ela apresentou telômeros mais curtos do que ovelhas normais causando envelhecimento precoce e problemas pulmonares incuráveis, sendo sacrificada em Fevereiro/2003. Pobres hereges, hahaha…¹

Qualquer semelhança nessa clonagem é mera coincidência…

Em 2001 foram mais ousados ainda. Clonaram um ser humano! Por obra do acaso tudo deu certo e ele não teve nenhum envelhecimento precoce e nem problemas pulmonares. A última coisa que sabemos é que o clone sumiu nas dunas junto com seu criador… Mas isso só deu certo porque o autor da novela da plim-plim decidiu isso.

Original-criador-clone ou Clone-criador-original?

– Ah tio… ta zoando com a minha cara? To aqui pra ler coisas quânticas e não saber de fofocas de novelas e ovelhas, pô!
– Ah pequeno padawan, tem tudo a ver. Realidade e ficção andam de mãos dadas o tempo todo…

Wootters, Zurek e Dieks em 1982, comprovaram que é impossível criar cópias idênticas de um estado quântico desconhecido, dando origem ao teorema da não clonagem que é a base para a criptografia quântica. Antes de chegarmos no teorema e prová-lo, vamos copiar um bit clássico. Para isso utilizaremos a porta CNOT, já falamos sobre ela neste post.

Circuitos Quânticos

Existem no mundo vários tipos de circuitos: de corrida, integrados, elétricos, eletrônicos, quânticos, lógicos, de exercícios, de eventos culturais, de moda… tem até a editora circuito e não esqueçamos do curto-circuito! (Bzzzt… Opa, cuidado ai!) Mas o que é um circuito? Segundo o pai dos burros, um circuito é uma linha fechada que delimita um perímetro. Porém, neste post vamos nos ater aos circuitos lógicos quânticos e suas peculiaridades. Porém, antes vamos fazer uma breve visita aos circuitos lógicos clássicos.

Alguns dos circuitos existentes no mundo…

Os circuitos lógicos clássicos possuem algumas características bem claras como:

• Seu comportamento é regido pela física clássica, onde não há restrições de cópia e de medições;
• Sentido da leitura da esquerda para a direita;
• As operações são realizadas pela álgebra booleana;
• Converte sequências de n bits de entrada em outra sequência de n bits de saída de acordo com as funções ƒ utilizadas;
• Suas portas lógicas são bem definidas (AND, OR e NOT);
• São rápidos e escalares;
• Independe da tecnologia física utilizada em sua implementação;
• Utilizado por tecnologias macroscópicas (transistores e CIs).

Vamos ver como funciona um circuito lógico clássico com o exemplo a seguir.

Circuito Lógico Clássico

Utilizando como entrada x=0 e y=0. Sendo x e y igual a 0 numa porta AND sua saída será 1. A porta NOT recebendo 0 em sua entrada produz 1 em sua saída, assim temos 1 e 1 como entradas na porta OR. Por consequência, a saída em z será 1, conforme mostra a tabela verdade do circuito.

Notação de Dirac

Uma das coisas que me intrigava nos meus estudos sobre a computação quântica era não saber que raios de notação era essa: |>. Como se lê isso? Como se pronuncia isso? A pulga se transformou em tartaruga atrás da minha orelha corroendo minha alma e enfim, depois de algum tempo, descobri do que se tratava, era a notação de Dirac. O nosso post de hoje vamos falar sobre ela, como se lê e como representa as operações vetoriais.

Paul Dirac

Na física quântica, o estado físico de um sistema são todas as informações possíveis de se obter dele, podendo ser representado por uma função complexa de onda ou por um vetor de estado contido num espaço vetorial complexo. Porém, sabe-se que a representação de espaços vetoriais em três dimensões de alguns elementos, como os spins, não é possível. Nesse ponto entra o prêmio nobel de física em 1933 e pioneiro da física e mecânica quântica, Paul Dirac.

Ele fundamentou e introduziu os espaços vetoriais complexos chamando-os de kets,  que representam um estado físico da mecânica quântica contendo todas as informações daquele estado. Os kets são representados pelo símbolo “|>” e possuem um elemento dual desse estado chamado bra representado pelo símbolo “<|”. O produto escalar desse estado pode ser representado pelo símbolo “<|>”, sendo denominado de brakets. A notação de Dirac também é conhecida como notação braket.

O braket tem algumas particularidades como: