O Qubit
No nosso primeiro post, falamos sobre algumas diferenças entre os computadores clássicos e os quânticos. Uma delas foi que nos computadores quânticos, a informação era representada pelos qubits(ou qbits). Mas como eles funcionam?
Primeiramente, vamos pensar no bit clássico que já conhecemos. Ele representa dados por meio de seu estado, podendo ser "0" ou "1". Assim, se imaginarmos o bit como uma moeda onde a "cara" seria o "0" e a "coroa" seria "1".
Ao contrário do bit clássico, o qubit não é "0" ou "1", mas sim uma combinação dos dois. Isso está presente em uma de suas características chamada Superposição. Nela, o qubit pode ter dois estados ao mesmo tempo. Dessa forma, usando a analogia da moeda, o qubit poderia ser representado por uma que está girando em seu eixo infinitamente. Enquanto a moeda não parar de girar, ela não possui um estado(0 ou 1) definido.
Além disso, comportando-se como um qubit, uma moeda que estaria em uma superposição de suas faces não teria uma probabilidade de 50% necessariamente para ser o lado "0" ou "1" quando parasse de girar. Num qubit, seus estados possuem uma probabilidade distinta de serem revelados.
Ademais, se quisermos saber a face da moeda fazendo com que ela pare de girar, ela vai assumir um dos estados. O mesmo acontece quando tentamos medir o valor de um qubit, que deixa de estar em superposição quando é observado.
Outra característica importante dos qubits é o Emaranhamento Quântico. Para ficar mais fácil de entender vamos voltar para as "moedas quânticas", só que dessa vez teremos uma azul e outra vermelha, ambas girando infinitamente.
Quando dois qubits, ou mais, estão "entrelaçados", o estado de um deles afeta o do(s) outro(s). Assim, se as moedas azul e vermelha estivessem "entrelaçadas" e fizéssemos com que uma delas parasse de girar, a outra iria também, mesmo sem sua influência direta, parar de girar. Esse fenômeno do Emaranhamento continua a valer para qubits separados por uma longa distância.
Com a Superposição e o Emaranhamento, podemos entender melhor como os computadores quânticos podem oferecer uma vantagem para certas tarefas em comparação aos computadores clássico, chegando na chamada Supremacia Quântica, que vai ser mais aprofundada em um próximo post.
Mas já é possível perceber esse cenário se tivéssemos 4 bits e 4 qubits. Os 4 bits conseguem representar 2⁴ (16) estados, entretanto um de cada vez. Enquanto isso, os 4 qbits, pela superposição conseguem "representar" os 16 estados ao mesmo tempo.
Entretanto, é importante destacar que não basta apenas ter um Computador Quântico com um grande número de qubits, devido a uma série de possíveis erros aos quais os qubits estão sujeitos. Os algoritmos de computação quântica, que já vem sendo desenvolvidos há décadas, não consideram esses erros. Nesse sentido, temos os qubits lógicos e qubits físicos. Hoje em dia, podemos acessar a plataforma da IBM de Computação Quântica, onde é possível ver a disponibilidade de computadores quânticos para serem usados.
Os "5 qubits" que aparecem nesse computador são 5 qubits lógicos. Esse computador tem na verdade um número muito maior dos qubits físicos, que passam por vários métodos para reduzir os erros gerados.
Por fim, os qubits podem ser de vários tipos, com os atuais Computadores Quânticos se diferenciando, dentre outros aspectos, pelo tipo de qubit utilizado. Assim, eles podem ser, por exemplo, Qubits Supercondutores, de Íon Aprisionado, de Silício, Topológicos ,… Cada um possui seus prós e contras, sendo tratado de forma distinta para serem realizadas as operações desejadas. As grandes empresas na fronteira das pesquisas de computação quântica se diferenciam nas suas escolhas de qubit. A Google e IBM por exemplo usam os supercondutores, a Honeywell utiliza o de íon aprisionado e a Intel usa o de silício.
