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.