Computação Quântica. Rafael T. Possignolo

Transcrição

1 Computação Quântica Rafael T. Possignolo 19 de agosto de 2011

2 O que é computação quântica?

3 Mas afinal o que é computação???

4 Computação A computação pode ser definida como a busca de uma solução para um problema a partir de entradas e tem seus resultados depois de trabalhada através de um algoritmo. (...), a computação foi executada com caneta e papel, ou com giz e ardósia, ou mentalmente, por vezes com o auxílio de tabelas ou utensílios artesanais. (Wikipedia)

5 Mas o que essa definição nos diz sobre os computadores atuais?

6 Computador é uma máquina capaz de variados tipos de tratamento automático de informações ou processamento de dados. Exemplos de computadores incluem o ábaco, a calculadora, o computador analógico e o computador digital. [Wikipedia]

7 O que define a capacidade de um computador? O que faz diferencia na prática um computador analógico de um computador digital? O que diferencia um computador mecânico de um computador eletrômecanico ou de um computador eletrônico?

8 Um computador quântico é um dispositivo que executa cálculos fazendo uso direto de propriedades da mecânica quântica, tais como sobreposição e interferência.

9 Mas então, por que se preocupar com computadores quânticos? Os atuais não são bons o suficiente?

10 Qubit é a unidade de informação quântica informação infinita Qubits Um qubit possui informação infinita, mas só se pode extrair (0 e 1 um ao bit mesmo de informação tempo) Qubits assumem uma superposição de valores (0 e 1 ao mesmo tempo) 0> e φ 1> = a 0 são + convencionados β 1 (a 2 + β 2 = para 1) o sistema implementado Observação destrói a superposição, o sistema passa para o estado (clássico) 0 (com probabilidade a 2 ) ou para o estado 1 (com probabilidade β 2 )

11 Superposição Quântica Como visto no slide anterior um qubit pode estar em uma superposição de dois estados Um registrador quântico de n-bits é uma superposição de 2 n estados Um registrador de 3 qubits estará em uma superposição de 8 estados: 0> + 1> + 2> > (ao mesmo tempo!)

12 Superposição Quântica Efetuar operações sobre estados superpostos é o mesmo que efetuar operações sobre cada um dos estados puros Tudo de uma só vez Esse efeito é chamado de Paralelismo quântico Um exemplo: a> = 000> + 011> + 101> Not( a>) = 111> + 100> + 010>

13 Superposição Quântica

14 Superposição Quântica Classicamente: Quanticamente: Quanticamente: (com anteparo)

15 Emaranhado Quântico Dois os mais qubits podem se conectar de tal forma que o estado de um passa a estar intimamente ligado ao do outro Dois qubits emaranhados (A e B) no estado: Se uma leitura em A resultar em 0 (resp. 1) uma leitura em B resultará em 0 (resp. 1) Essa ligação independe da distância

16 Emaranhado Quântico Isso permite entre outras coisas o chamado teleporte quântico Recorde atual de 144km [1] O teleporte não é da partícula, mas do estado [1]

17 Implementações Diversos tipos de implementações foram propostos com vantagens e desvantagens, entre eles: Armadilha de ions Ressonância magnética Fótons polarizados Juntas de Josephson Pontos quânticos

18 Implementações Armadilhas de ions Ions presos através de campos magnéticos Estados quânticos codificados no spin atômico Operadores se baseiam em aplicações de lasers Necessidade de moléculas grandes Dificuldade de manter o ion no lugar Baixas temperaturas (~ 10K)

19 Implementações

20 Implementações Ressonância magnética Moléculas mantidas em solução Estados quânticos codificados no spin atômico Operadores se baseiam na aplicação de pulsos magnéticos Necessidade de moléculas grandes Respostas muito fracas Baixas temperaturas (~ 10K)

21 Implementações

22 Implementações Fótons polarizados Luz viajando pelo espaço Estados quânticos codificados na polarização do fóton Operadores se baseiam em lentes e espelhos Difícil emaranhar muitos fótons Temperatura ambiente

23 Implementações

24 Implementações Juntas de Josephson Corrente e fluxo em circuitos elétricos especiais Estados quânticos codificados no sentido da corrente ou fluxo Operadores se baseiam na aplicação de tensões elétricas Difícil emaranhar Fabricação parecida com chips Temperaturas baixas (~ 10K)

25 Implementações

26 Implementações Pontos quânticos Elétrons confinados na estrutura topológica de circuitos Estados quânticos codificados no spin de elétrons Operadores se baseiam tensões elétricas (campos elétricos) Difícil emaranhar Fabricação parecida com a de chips Temperaturas baixas (~10K)

27 Implementações

28 Problemas em Aberto Controle da perda de coerência de estados quânticos Ou aprender a lidar com eles (Códigos Quânticos Corretores de Erros) Miniaturização Dos componentes e/ou dos compressores de hélio líquido Escalabilidade Maior CQ feito tem apenas 14 qubits

29 Problemas em Aberto Novos algoritmos quânticos com ganho real sobre os concorrentes clássicos Hoje existem apenas alguns poucos Outras tecnologias de implementação (?) Ou definir uma tecnologia e focar Implementação de memórias quânticas É possível guardar estados quânticos? É necessário?? Outros...

30 PERGUNTAS