Um dos principais componentes de um tanto quanto um computador é a unidade de processamento quântico (QPU) ou processador quântico. Em vez de bits binários usados na computação clássica, os computadores quânticos usam bits quânticos – ou qubits, para abreviar. Esses qubits são partículas subatômicas que podem usar as propriedades de mecânica quântica para representar e processar grandes quantidades de dados.
Um processador quântico manipula qubits para completar tarefas. É semelhante à unidade central de processamento (CPU) de um computador convencional, que realiza cálculos usando as informações contidas em bits binários – os 1s e 0s dos dados.
Ao contrário dos processadores clássicos, os processadores quânticos usam portas lógicas quânticas (ou portas quânticas) para manipular qubits e realizar cálculos. As portas quânticas são inerentemente diferentes das portas lógicas binárias, pois são projetadas para aproveitar as propriedades estranhas da física quântica. As regras bizarras do mundo quântico permitem que os computadores quânticos realizem cálculos em uma mera fração do tempo que levariam aos computadores binários normais.
Como a tecnologia ainda está em sua infância, atualmente não existe uma arquitetura ou abordagem padrão para o desenvolvimento de um processador quântico, e um processador quântico pode operar de maneira completamente diferente de outro. Devido a essas arquiteturas diferentes, pode ser difícil comparar as capacidades de diferentes tipos de processadores quânticos.
Como funcionam os processadores quânticos?
O desenvolvimento de processadores quânticos ainda enfrenta desafios práticos significativos. Para serem eficazes e precisos, os processadores quânticos também devem manter a estabilidade dos qubits e ter sistemas viáveis de correção de erros implementados. Ambos os elementos são essenciais para o desenvolvimento de computadores quânticos capazes de realizar cálculos em grande escala com precisão.
Parte do problema, porém, é que os qubits são inerentemente frágeis e podem ser afetados por uma variedade de condições ambientais externas. Um estado de qubit estável, que é essencial para a precisão, é frequentemente (mas não exclusivamente) alcançado pelo uso de campos magnéticos de alta potência ou pelo congelamento dos qubits a uma temperatura próxima. zero absoluto.
Há também investigações em andamento sobre uma variedade de tecnologias que podem detectar alterações indesejadas nos estados dos qubits, juntamente com aquelas que corrigem ou compensam interferências externas.
Esses desafios técnicos tornam os processadores quânticos tecnologias incrivelmente delicadas e sensíveis à menor interferência externa. Mesmo pequenas vibrações podem impedir um processador quântico de concluir tarefas com êxito, o que significa que ainda não são adequadas para aplicações fora de um ambiente de laboratório.
Algoritmos clássicos não podem ser usados em física quântica, então os processadores quânticos usam algoritmos quânticos que lhes permitem executar código de maneira diferente. A natureza única dos algoritmos quânticos permite que eles aproveitem as propriedades quânticas e processem dados em um ritmo mais rápido.
Embora os processadores quânticos sejam capazes de realizar cálculos muito complexos para os atuais supercomputadores mais poderososeles não são capazes de resolver problemas indecidíveis, como qualquer coisa que seja fundamentalmente insolúvel.
O desenvolvimento de unidades de processamento quântico é semelhante à evolução inicial das CPUs convencionais. Embora exista uma variedade de arquiteturas de unidades de processador quântico, é provável que elas se tornem unificadas em um único design padrão à medida que a tecnologia for refinada e aprimorada nos próximos anos.
