Lógica Paraconsistente: Máquina de Turing Quântica

A máquina de Turing Quântica foi primeiro proposta pelo físico teórico David Deutsch (post sobre ele no blog neste link), em 1985, no seu trabalho “Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer“, disponível neste link.

A máquina de Turing Quântica é uma abstração da máquina de Turing Clássica, processando um algoritmo quântico. O seu funcionamento é similar a máquina clássica, com algumas diferenças contudo que iremos explorar neste post. Vamos primeiro ver a história da máquina de Turing:

1973:
Bennett demonstra que uma máquina de Turing reversível é possível.

1980:
Benioff observa que como a mecânica quântica é reversível, um computador baseado em seus princípios deveria ser reversível também.

1982:
Richard Feynman demonstra que nenhuma Máquina de Turing Clássica pode simular fenômenos quânticos, sendo necessário um computador quântico para isso.

1985:
David Deutsch descreve a primeira máquina de Turing Quântica.

Uma máquina de Turing Clássica começa a computação com um programa e os dados inicias sendo escritos em uma fita. A cabeça é colocada em um estado, e lê o programa.  O programa é lido, suas instruções são executadas, a cabeça se move para um lado ou para o outro, lê mais dados, escreve mais dados. Uma máquina de Turing Clássica, porém, é baseada nos princípios da física clássica. Os estados da fita e da cabeça são sempre possíveis de serem lidos e escritos. Os dados sempre podem ser copiados e tudo é definido de forma única.

Em uma máquina de Turing Quântica, ler, escrever e trocar de operações são todas funções realizados via interações quânticas. A fita e a cabeça em si existem em um estado quântico. No lugar da célula de Turing na fita clássica, que pode abrigar apenas bits 0 ou 1, a máquina de Turing Quântica abriga Qubits, que apresentam estados de superposição de 0 ou 1. Uma máquina de Turing Quântica pode codificar muitas entradas para um problema simultaneamente, e então calcular todas as entradas ao mesmo tempo.

Vejamos o Qubit abaixo, aonde a seta para cima representa o bit clássico 1, a seta para baixo corresponde ao 0. A seta no meio dos 2 extremos representa um estado de superposição de 1 e 0.

Vejamos agora o comportamento da fita na máquina de Turing Quântica. O primeiro desenho representa o estado inicial da fita e da cabeça. Os 3 desenhos seguintes representam e exemplificam 3 posições diferentes que a cabeça pode se movimentar, sendo que a Máquina Quântica de Turing, apresenta um estado superposto desses 3 estados ao mesmo tempo.

Pioneiros Quânticos: David Deutsch!

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“.

As palestras estão disponíveis neste link.

David Deutsch expressando o seu amor às flores!

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.