A Visão da Física Quântica – O Qubit

Sabemos que a física quântica compõe a computação quântica em todos os aspectos e até agora demos apenas a visão relacionada à computação. Claro, né? Afinal de contas isso aqui é um blog de computação quântica. =)

Porém, iremos a partir deste post, abordar alguns temas básicos pertinentes à computação quântica tentando mostrar a visão da física quântica através de algumas aulas/palestras ministradas por nada mais, nada menos que nosso pioneiro quântico David Deutsch que já teve um post dedicado à sua pessoa neste blog.

Como sempre, iniciaremos com nosso amigo qubit (o que seriamos de nós sem ele, não? XD). Maaaassss… não tão rápido. Antes de chegarmos nos finalmentes, precisamos das preliminares…

• Teoria da Computação x Física

Sabemos que a computação quântica está chegando para romper os paradigmas da computação clássica propiciando novas formas de computação que a clássica não consegue realizar. A ideia defendida por Hugh Everett, em 1957, propõe que nosso universo seja apenas uma fração de uma realidade constituída por vários universos coexistindo simultaneamente. O universo da física clássica é autocontido, ou seja, qualquer coisa que se faça nele não afeta outros universos, porém no multiverso de Everett, o objeto possui contrapartes em todos os universos e eles se afetam diretamente por poderem ter diferentes comportamentos. Essa interferência quântica (abordaremos esse tema em breve, não saiam dai da poltrona!) é que comprova a existência de outras realidades e sob certas circunstâncias, ela permite novos modos de processamento da informação.

Qubit: Medindo Sua Amplitude

Finalizamos o post Qubit: O Bit do Lado Quântico da Força com uma dúvida: como a amplitude do Qubit seria alterada?

Amplitude do Qubit

Ao medirmos o Qubit, obtemos o resultado |0> ou |1>, onde |α|² + |β|² = 1. Tendo α = a + ıb e β = c + ıd, com a, b, c e d pertencente aos reais, substituindo na equação de vetor de estados temos:

|α|² + |β|² = 1 => a² + b² + c² + d² = 1

Como as amplitudes α e β são números complexos, pode-se representá-la através de coordenadas polares da seguinte forma:

Onde, 0 ≤ Arg(z) ≤ 2π e considerando as operações entre ângulos como módulo de 2π, podemos reescrever a fórmula|ψ> = α|0> + β|1> da seguinte maneira:

Ao definirmos ξ como cos(ξ) = |α| e sen (ξ) = |β|, sendo 0 ≤ ξ ≤ π/2, e θ = 2ξ, com θ ∈ [0,π], iremos substituir essas variáveis na equação anterior e assim obteremos a forma polar do Qubit:

onde:
γ = Arg(α)
φ = Arg(β) – Arg(α)
θ = 2 arccos(|α|) = 2 arcsen(|β|)