26 fevereiro 2006

A computação quântica já se adivinha no horizonte


A Mecânica Quântica é um dos ramos da Física mais difíceis de "engolir", porque está recheada de contradições e de impossibilidades aparentes, pelo menos para o nosso raciocínio e para a nossa percepção da realidade. Até Albert Einstein a estranhou.

E no entanto ela funciona mesmo e explica um sem-número de fenómenos físicos que, de outra forma, não teriam explicação. Tal como acontece com a Teoria da Relatividade (com a qual ela ainda não "encaixa" completamente, aliás), até hoje ainda não se observou nenhum fenómeno que estivesse em contradição com ela. Todos os fenómenos observados, sejam microscópicos (para os quais ela foi desenvolvida) ou macroscópicos (também chamados "newtonianos" e que são explicados pela Mecânica Clássica), são perfeitamente explicados pela Mecânica Quântica. Isto é, a Mecânica Clássica também cabe dentro da Mecânica Quântica, não entrando em contradição com ela.

Afinal, o que é a Mecância Quântica? Vejamos a definição dada pela Wikipedia:

A Mecânica Quântica é a parte da física (...) que estuda o movimento das partículas muito pequenas. O conceito de partícula "muito pequena" , mesmo que de limites muito imprecisos, relaciona-se com as dimensões nas quais começam-se a notar efeitos como a impossibilidade de conhecer com infinita acuidade e ao mesmo tempo a posição e a velocidade de uma partícula (...), entre outras. A ditos efeitos chama-se "efeitos quânticos". Assim, a Mecânica Quântica é a que descreve o movimento de sistemas nos quais os efeitos quânticos são relevantes. Experimentos mostram que estes são relevantes em escalas de até 1000 átomos. Entretanto, existem situações onde mesmo em escalas macroscópicas, os efeitos quânticos se fazem sentir de forma manifestamente clara, como nos casos da supercondutividade e da superfluidez.

Enquanto que as grandezas de que nos apercebemos através dos nossos sentidos (grandezas macroscópicas) nos aparecem como tendo variações contínuas (diz-se, muitas vezes, que a Natureza é analógica e não digital), à escala microscópica essas grandezas variam por saltos.

Como eu disse no início, a Mecânica Quântica está recheada de aparentes impossibilidades e contradições. Uma delas é a chamada "sobreposição de estados", segundo a qual uma partícula pode estar num dado estado e no que lhe é oposto ao mesmo tempo. É como se um gato pudesse estar vivo e morto ao mesmo tempo. Este é o exemplo clássico que habitualmente se dá, o chamado "gato de Schrödinger". «Mas isso é impossível!», dizem as pessoas. Na Mecânica Quântica a sobreposição de estados é possível. Por isso é que eu disse que a Mecânica Quântica é difícil de aceitar, porque vai contra o senso comum.

Mas funciona, e de que maneira. Os lasers, que emitem radiações luminosas monocromáticas e coerentes, foram criados com base nos princípios da Mecânica Quântica e não se conseguem explicar fora dela. Quem duvida de que os lasers existem? Mesmo ao nosso lado ou à nossa frente há um laser dentro do leitor de DVD do nosso computador. Os próprios circuitos integrados que estão dentro do computador funcionam de acordo com a Física Quântica e não funcionariam se só fosse válida a Física Clássica.

Um dos campos de investigação que estão a decorrer neste momento em Física e Engenharia é o dos computadores quânticos, cuja unidade fundamental é uma partícula (fotão, electrão ou outra) a que se chama qubit (do inglês quantic bit, bit quântico) e que apresenta uma sobreposição de estados. Ela apresenta, por exemplo, um spin (rotação) num dado sentido e no sentido contrário ao mesmo tempo. Atribui-se arbitrariamente o valor "1" a um dos sentidos e o valor "0" ao outro.

Um qubit é, portanto, uma partícula que tem um "1" e um "0" ao mesmo tempo, correspodentes aos dois sentidos de spin. O que varia de um qubit para outro é a probabilidade de ocorrência do "1" e do "0", enquanto que num bit normal essa probabilidade é sempre de 100%. O bit normal ou é mesmo "0" ou é mesmo "1"; não há ambiguidades nem sobreposições.

Um outro fenómeno quântico que se pretende explorar, e do qual já se obtiveram resultados muito prometedores (nomeadamente na transmissão de dados imune a qualquer forma de espionagem), é o entrelaçamento ou emaranhamento (em inglês entanglement), também chamado correlação, entre duas partículas, como por exemplo dois electrões ou dois fotões. É possível estabelecer uma relação tão íntima (o tal entrelaçamento) entre duas partículas, que elas continuarão a manter essa relação, qualquer que seja a distância a que acabem por ficar uma da outra. Se observarmos o estado em que se encontra uma dessas partículas, ficaremos logo a saber o estado em que se encontra a outra partícula, mesmo que ela se encontre a milhares e milhares de anos-luz de distância.

Até agora, pensava-se que o entrelaçamento só poderia ocorrer a temperaturas muito próximas do zero absoluto (cerca de -273 graus centígrados), o que poderia limitar o uso dos futuros computadores quânticos. Um estudo agora revelado por um grupo de cientistas refere que os cálculos por si efectuados indicam que o entrelaçamento (ou emaranhamento ou correlação) poderá ocorrer a qualquer temperatura, o que facilitará o desenvolvimento dos futuros computadores quânticos. Os cientistas que realizaram este estudo pertencem à Universidade de Leeds, na Inglaterra, à Universidade de Viena, na Áustria, e à Universidade do Porto, não digo onde... A notícia do estudo está aqui.

Comentários: 5

Blogger planaltobie escreveu...

EXCELENTE!
Há uns anos, o que era "quântico" era "Caos". E isso era dificil de aceitar, mesmo Einstein dizia que Deus não jogava aos dados. Aos poucos foi-se compreendendo melhor a matéria e... espante-se, viu-se que havia a possibilidades de desenvolver aplicações práticas daquela teoria.
O NIM (Sim e Não) sempre existe e esteve afastado da nossa cultura europeia. Fazendo uma analogia
ao SNC (Sistema Nervoso Central)e aos seus circuitos, compreende-se melhor as nossas indecisões (bom, já estou a especular).
O que é facto é que, quando o Homem dominar bem a teoria quântica e descobrir/inventar aplicações práticas para elas dar-se-á um grande salto na "evolução".
Só um pormenor, aqui há uns anos, fez-se o teletransporte de uma particula. Isso tem a ver com o entrelaçamento?

PCosta

26 fevereiro, 2006 12:55  
Blogger Denudado escreveu...

É muita bondade sua, PCosta. A minha formação académica e profissional é de raíz técnico-científica. Tenho, portanto, algumas bases, assim como uma predisposição e gosto por estes assuntos.

Não confunda, no entanto, a Mecânica Quântica com a teoria do Caos. São duas coisas distintas. O Caos é um ramo da Matemática que procura descrever e modelar os fenómenos que resultam da influência de um número muito elevado de factores, isto é, de um número de factores tão elevado que, na prática, se considera infinito. São fenómenos que parecem ter um comportamento caótico na acepção real da palavra, "sem rei nem roque".

A teoria do Caos consegue descobrir que afinal existem regras bem definidas nesses fenómenos e que essas regras podem ser descritas por equações próprias, chamadas fractais. Ela consegue ter uma perspectiva das coisas que é totalmente diversa da habitual e consegue descobrir que, afinal, existe ordem no maior caos aparente.

A teoria do Caos aborda fenómenos tão díspares como a evolução das nuvens no céu, as volutas do fumo de um cigarro, o trânsito à hora de ponta (bem se diz que o trânsito é caótico, eheheh), o comportamento aparentemente incompreensível das cotações na bolsa e, de uma maneira geral, tudo o que tiver um carácter turbulento e anárquico. As capacidades e potencialidades da teoria do Caos fazem dela uma ferramenta matemática importantíssima nos dias de hoje.

Quanto ao chamado "teletransporte" de uma partícula, isso tem realmente a ver com o entrelaçamento. Na verdade, o que se fez não foi um teletransporte tal como se vê nos filmes de ficção científica. O que se fez foi passar todas as características de uma partícula para a sua entrelaçada, tornando esta rigorosamente igual à partícula original. A original, por sua vez, passou a ter outras características (outro estados, melhor dizendo), continuando as características originais a "viver" na partícula entrelaçada. Esta passou, na prática, a ser a partícula original.

26 fevereiro, 2006 22:13  
Blogger planaltobie escreveu...

EXCELENTE AO QUADRADO!

Não o quero maçar, mas referia-me ao caos no sentido comum da palavra. Lembro-me de ler e ouvir que as partículas ínfimas tinham um comportamento aleatório, o tal caos.
Mas já que refere a teoria do Caos (Matemática) diga-me, o resultado final é a soma de todos os factores que interferem, ou esta é uma conclusão simplista? Isto é, no fundo, não é mais que a análise do carro A que parou, mais a influência do carro B que estacionou, do peão que passou... ou no caso da nuvem, o vento de Leste, mais a temperatura, mais a pressão, etc! Isto pode ser cansativo, mas não há nenhuma "visão especial" ...ou original.

Não se mace, se vir que perde muito tempo.

Abraço, PCosta

27 fevereiro, 2006 00:44  
Blogger Denudado escreveu...

A soma de todos os factores envolvidos num fenómeno "caótico" é impossível de determinar, dado que o número desses factores se aproxima do infinito.

No caso da atmosfera terrestre, por exemplo, além dos ventos, das temperaturas, das correntes marítimas e de muitos outros factores, há ainda a considerar a interacção de todas e de cada uma das moléculas que a compõem. Só o número de moléculas existentes na atmosfera terrestre já dá uma ideia da quantidade de factores envolvidos num fenómeno deste tipo.

O resultado de tudo isto é um fenómeno "caótico", em que (como disse alguém de cujo nome não me lembro) «o bater das asas de uma borboleta em São Francisco pode provocar uma tempestade em Tóquio».

É por isso que, apesar de possuirem alguns dos computadores mais poderosos do mundo, os meteorologistas não são capazes de fazer previsões que estejam 100% certas. Os factores a considerar numa previsão do tempo são tantos, que não há computador que consiga tomá-los todos em consideração, por mais poderoso que seja.

A teoria do Caos procura analisar os fenómenos "caóticos" sob uma perspectiva diferente da habitual, que é inovadora e surpreendente, e descobre que eles afinal também se subordinam a uma ordem, ainda que de uma outra "dimensão".

Se estiver interessado em aprofundar este assunto, aconselho-o a ler um livro de divulgação que se publicou há 10 a 15 anos e que recebeu então os maiores elogios. O livro chama-se Caos, é da autoria de James Gleick e foi publicado pela Gradiva.

27 fevereiro, 2006 15:33  
Blogger a.leitão escreveu...

A minha formação não me permite acompanhar estes assuntos tão técnicos e científicos, mas como tema para cultura geral é excelente, na minha prespectiva, a explanação sobre a Mecánica Quântica que denodado me dá neste pequeno texto valeu mais, para mim, do que muitos tratados que eventualmente pudesse ler sem perceber nada. Excelente e "gracias"

01 março, 2006 11:49  

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