Sorin Adam Matei , Universidade Purdue
A computação quântica é como a caixa de chocolates de Forrest Gump : você nunca sabe o que vai conseguir. Os fenômenos quânticos – o comportamento da matéria e da energia nos níveis atômico e subatômico – não são definitivos, uma coisa ou outra. São nuvens opacas de possibilidades ou, mais precisamente, probabilidades. Quando alguém observa um sistema quântico, ele perde sua qualidade quântica e “entra em colapso” em um estado definido.
Os fenômenos quânticos são misteriosos e muitas vezes contra-intuitivos. Isso torna a computação quântica difícil de entender. As pessoas recorrem naturalmente ao que é familiar para tentar explicar o que não é familiar e, para a computação quântica, isso geralmente significa usar a computação binária tradicional como metáfora. Mas explicar a computação quântica desta forma leva a uma grande confusão conceptual, porque num nível básico os dois são animais completamente diferentes.
Este problema realça a crença muitas vezes errada de que as metáforas comuns são mais úteis do que as exóticas na explicação de novas tecnologias. Às vezes, a abordagem oposta é mais útil. O frescor da metáfora deve corresponder à novidade da descoberta.
A singularidade dos computadores quânticos exige uma metáfora incomum. Como pesquisador de comunicações que estuda tecnologia , acredito que os computadores quânticos podem ser melhor entendidos como caleidoscópios.
Certeza digital vs. probabilidades quânticas
A lacuna entre a compreensão dos computadores clássicos e quânticos é um grande abismo. Os computadores clássicos armazenam e processam informações por meio de transistores, que são dispositivos eletrônicos que assumem estados binários e determinísticos: um ou zero, sim ou não. Os computadores quânticos, por outro lado, lidam com informações probabilisticamente nos níveis atômico e subatômico.
Os computadores clássicos usam o fluxo de eletricidade para abrir e fechar portões sequencialmente para registrar ou manipular informações. A informação flui através de circuitos, desencadeando ações através de uma série de interruptores que registram informações como uns e zeros. Usando a matemática binária, os bits são a base de todas as coisas digitais, desde os aplicativos do seu telefone até os registros da conta do seu banco e os sinais de Wi-Fi que circulam pela sua casa.
Em contraste, os computadores quânticos utilizam mudanças nos estados quânticos de átomos, íons, elétrons ou fótons. Os computadores quânticos ligam, ou entrelaçam, múltiplas partículas quânticas de modo que as mudanças em uma afetam todas as outras. Eles então introduzem padrões de interferência, como múltiplas pedras atiradas em um lago ao mesmo tempo. Algumas ondas se combinam para criar picos mais altos, enquanto algumas ondas e vales se combinam para se anularem. Padrões de interferência cuidadosamente calibrados guiam o computador quântico em direção à solução de um problema. https://www.youtube.com/embed/GqBJiOM5tm8?wmode=transparent&start=0 A física Katie Mack explica a probabilidade quântica.
Alcançando um salto quântico, conceitualmente
O termo “ bit ” é uma metáfora. A palavra sugere que, durante os cálculos, um computador pode dividir grandes valores em pequenos – bits de informação – que dispositivos eletrônicos como transistores podem processar mais facilmente.
Usar metáforas como essa tem um custo. Eles não são perfeitos. Metáforas são comparações incompletas que transferem conhecimento de algo que as pessoas conhecem bem para algo que estão trabalhando para compreender. A metáfora do bit ignora que o método binário não lida com muitos tipos de bits diferentes ao mesmo tempo, como o bom senso pode sugerir. Em vez disso, todos os bits são iguais.
A menor unidade de um computador quântico é chamada de bit quântico, ou qubit. Mas transferir a metáfora do bit para a computação quântica é ainda menos adequado do que usá-la para a computação clássica. Transferir uma metáfora de um uso para outro atenua o seu efeito .
A explicação predominante da computação quântica é que, enquanto os computadores clássicos podem armazenar ou processar apenas um zero ou um em um transistor ou outra unidade computacional, os computadores quânticos supostamente armazenam e manipulam zero e um e outros valores intermediários ao mesmo tempo através do processo. de superposição .
A superposição, entretanto, não armazena um, zero ou qualquer outro número simultaneamente. Existe apenas uma expectativa de que os valores possam ser zero ou um no final do cálculo. Essa probabilidade quântica é o oposto do método binário de armazenamento de informações.
Impulsionada pelo princípio da incerteza da ciência quântica, a probabilidade de um qubit armazenar um ou zero é como o gato de Schroedinger , que pode estar vivo ou morto, dependendo de quando você o observa. Mas os dois valores diferentes não existem simultaneamente durante a superposição. Eles existem apenas como probabilidades, e um observador não pode determinar quando ou com que frequência esses valores existiam antes da observação encerrar a superposição.
Deixar para trás esses desafios e usar metáforas tradicionais de computação binária significa abraçar novas metáforas para explicar a computação quântica.
Olhando para caleidoscópios
A metáfora do caleidoscópio é particularmente adequada para explicar processos quânticos. Os caleidoscópios podem criar padrões infinitamente diversos, mas ordenados, usando um número limitado de contas de vidro coloridas, paredes divisórias de espelhos e luz. Girar o caleidoscópio potencializa o efeito, gerando um espetáculo infinitamente variável de cores e formas fugazes.
As formas não apenas mudam, mas não podem ser revertidas. Se você girar o caleidoscópio na direção oposta, as imagens geralmente permanecerão as mesmas, mas a composição exata de cada forma ou mesmo suas estruturas irão variar à medida que as contas se misturam aleatoriamente umas com as outras. Em outras palavras, embora as contas, a luz e os espelhos possam replicar alguns padrões mostrados anteriormente, estes nunca são absolutamente iguais. https://www.youtube.com/embed/vXle7FYm4ds?wmode=transparent&start=0 Se você não tem um caleidoscópio em mãos, este vídeo é um bom substituto.
Usando a metáfora do caleidoscópio, a solução que um computador quântico fornece – o padrão final – depende de quando você interrompe o processo de computação. A computação quântica não se trata de adivinhar o estado de qualquer partícula, mas de usar modelos matemáticos de como a interação entre muitas partículas em vários estados cria padrões, chamados de correlações quânticas.
Cada padrão final é a resposta para um problema apresentado ao computador quântico, e o que você obtém em uma operação de computação quântica é a probabilidade de que uma determinada configuração resulte.
Novas metáforas para novos mundos
As metáforas tornam o desconhecido gerenciável, acessível e detectável. Aproximar o significado de um objeto ou fenômeno surpreendente estendendo uma metáfora existente é um método tão antigo quanto chamar a ponta de um machado de “bit” e sua extremidade plana de “extremidade”. As duas metáforas pegam muito bem algo que entendemos da vida cotidiana, aplicando-o a uma tecnologia que precisa de uma explicação especializada sobre o que faz. Chamar a ponta de um machado de “bit” indica sugestivamente o que ele faz, acrescentando a nuance de que altera o objeto ao qual é aplicado. Quando um machado molda ou divide um pedaço de madeira, ele dá uma “mordida” nele.
As metáforas, contudo, fazem muito mais do que fornecer rótulos e explicações convenientes de novos processos. As palavras que as pessoas usam para descrever novos conceitos mudam com o tempo, expandindo-se e ganhando vida própria.
- Veja também: Computação Quântica, que coisa é essa?
Ao encontrar ideias, tecnologias ou fenómenos científicos dramaticamente diferentes, é importante usar termos novos e marcantes como janelas para abrir a mente e aumentar a compreensão. Cientistas e engenheiros que procuram explicar novos conceitos fariam bem em procurar a originalidade e dominar as metáforas – por outras palavras, pensar nas palavras da mesma forma que os poetas.
Sorin Adam Matei , Reitor Associado de Pesquisa, Purdue University
Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original .
