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    Os computadores quânticos podem ter limites de velocidade maiores do que se pensava

    A pesquisa do NIST sugere que a velocidade dos computadores quânticos pode não ser limitada pela energia do sistema físico subjacente que governa a operação do computador. Crédito:N. Hanacek / NIST e © Scanrail1 / Atlaspix / ssuaphotos / Shutterstock

    Com que rapidez um computador quântico será capaz de calcular? Embora versões totalmente funcionais dessas maravilhas tecnológicas há muito procuradas ainda tenham que ser construídas, um teórico do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) mostrou que, se eles podem ser realizados, pode haver menos limites para sua velocidade do que previamente estabelecido.

    As descobertas - descritas como um "experimento mental" por Stephen Jordan do NIST - são sobre um aspecto diferente da velocidade da computação quântica que outro grupo de pesquisadores do NIST explorou cerca de dois anos atrás. Embora as descobertas anteriores estivessem preocupadas com a rapidez com que as informações podem viajar entre dois interruptores no processador de um computador, O novo artigo de Jordan trata da rapidez com que essas chaves podem mudar de um estado para outro.

    A taxa de inversão é equivalente à "velocidade do clock" dos processadores convencionais. Para fazer cálculos, o processador envia instruções matemáticas conhecidas como operações lógicas que alteram as configurações das chaves. As CPUs atuais têm velocidades de clock medidas em gigahertz, o que significa que eles são capazes de realizar alguns bilhões de operações lógicas elementares por segundo.

    Porque eles aproveitam o poder da mecânica quântica para fazer seus cálculos, os computadores quânticos necessariamente terão arquiteturas muito diferentes das máquinas de hoje. Seus interruptores, chamados bits quânticos ou "qubits, "poderá representar mais do que apenas 1 ou 0, como os processadores convencionais fazem; eles serão capazes de representar vários valores simultaneamente, dando-lhes poderes que os computadores convencionais não possuem.

    O artigo de Jordan contesta conclusões antigas sobre o que os estados quânticos implicam sobre a velocidade do relógio. De acordo com a mecânica quântica, a taxa na qual um estado quântico pode mudar - e, portanto, a taxa na qual um qubit pode virar - é limitada pela quantidade de energia que ele possui. Embora Jordan acredite que essas descobertas sejam válidas, vários artigos subsequentes ao longo dos anos argumentaram que eles também implicam em um limite para a rapidez com que um computador quântico pode calcular em geral.

    "À primeira vista, isso parece bastante plausível, "Jordan disse." Se você estiver realizando mais operações lógicas, faz sentido que seus interruptores precisem passar por mais alterações. Em projetos de computação convencional e quântica, cada vez que ocorre uma operação lógica "- fazendo seus interruptores girarem -" o computador salta para um novo estado. "

    Usando a matemática dos sistemas quânticos, Jordan mostra que é possível projetar um computador quântico que não tenha essa limitação. Na verdade, com o design certo, ele disse, o computador "poderia realizar um número arbitrariamente grande de operações lógicas enquanto apenas saltava por um número constante de estados distintos".

    Contra-intuitivamente, em tal computador quântico, o número de operações lógicas realizadas por segundo pode ser muito maior do que a taxa em que qualquer qubit pode ser invertido. Isso permitiria que os computadores quânticos que adotassem esse projeto quebrassem os limites de velocidade sugeridos anteriormente.

    Que vantagens essa velocidade de clock mais rápida pode conceder? Uma das principais aplicações previstas para computadores quânticos é a simulação de outros sistemas físicos. O limite de velocidade teórico na velocidade do relógio foi pensado para colocar um limite superior na dificuldade desta tarefa. Qualquer sistema físico, a discussão foi, pode ser pensado como uma espécie de computador - um com velocidade de clock limitada pela energia do sistema. O número de ciclos de clock necessários para simular o sistema em um computador quântico deve ser comparável ao número de ciclos de clock que o sistema original realizou.

    Contudo, essas lacunas recém-descobertas para o limite de velocidade computacional são uma "espada de dois gumes". Se a energia não limitar a velocidade de um computador quântico, então os computadores quânticos poderiam simular sistemas físicos de maior complexidade do que se pensava anteriormente. Mas a energia também não limita a complexidade computacional dos sistemas que ocorrem naturalmente, e isso pode torná-los mais difíceis de simular em computadores quânticos.

    Jordan disse que suas descobertas não implicam que não haja limites para a rapidez com que um computador quântico poderia calcular, mas que esses limites derivam de outros aspectos da física que não apenas a disponibilidade de energia.

    "Por exemplo, se você levar em consideração as restrições geométricas, como o quão densamente você pode embalar informações, e um limite para a rapidez com que você pode transmitir informações (ou seja, A velocidade da luz), então eu acho que você pode fazer argumentos mais sólidos, "ele disse." Isso vai te dizer onde estão os limites reais da velocidade computacional. "

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