Pergunte para qualquer físico quais são as duas principais teorias do
século 20, e eles provavelmente vão dar a mesma resposta: a teoria da
relatividade de Einstein e a mecânica quântica. Mas talvez uma terceira
teoria, do século 21, entre para o hall da fama: a Teoria da Informação
Quântica, ou Teoria Quântica da Informação.
A mecânica quântica surgiu na década de 20, para descrever o estranho
comportamento dos átomos e elétrons. Já a teoria da informação apareceu
duas décadas depois, com fórmulas para quantificar a comunicação
através de telefones.
Ao contrário dos físicos quânticos, mais preocupados em desenvolver
computadores super rápidos, os teóricos da informação quântica estão
motivados a entender a realidade física, e entender melhor a mecânica
quântica da natureza.
No coração da ciência da informação quântica está um modelo de
representação da informação, conhecido como qubit. Ele é análogo ao 1 e 0
, processados por computadores comuns – os bits. Mas um qubit está
dentro do universo quântico, por isso pode ser o 1 e o 0 ao mesmo tempo.
Essa superposição de identidade dá à informação quântica um poder
extraordinário.
Os qubits podem, por exemplo, transmitir mensagens codificadas super
seguras, tipicamente na forma de fótons. Elas são seguras porque
qualquer tentativa de alterar a mensagem seria notada.
Esse tipo de sistema já é comercializado, e talvez um dia se torne
uma necessidade de mercado devido à outra aplicação da Informação
Quântica: a computação quântica. Computadores com qubtis poderiam
resolver problemas que um supercomputador comum não conseguiria em
milhões de anos.
Aplicações? Você poderia usar um computador assim para prever o
resultado de reações químicas, por exemplo, sem necessitar dos tubos de
laboratório. Essa habilidade poderia melhorar a produção de materiais
industriais e de medicamentos.
“Nós não prevemos que você vai usar um computador quântico para
enviar um e-mail. Mas jogos quânticos seriam realmente incríveis”,
afirma o físico John Preskill.
Além do mercado, os cientistas pretendem usar essas teorias para
entrar nas fundações da realidade. A quântica poderia mostrar a
interface entre a matemática e o mundo físico.
Quebrar códigos, por exemplo, envolve solucionar o complicado
problema matemático de encontrar os fatores primos de um número muito
grande, com centenas de dígitos. Mas, como descoberto por Peter Shor, em
1994, algoritmos do computador quântico conseguem solucionar isso – e
as implicações são grandes.
“Fatores são um problema difícil clássico”, afirma Preskill. “Mas os
algoritmos de Shor demonstram que isso é um problema fácil para a visão
quântica”. Em outras palavras, o processamento de informações quânticas
revela algo sobre a relação matemática com a realidade física, algo
antes não imaginado.
Mas alguns problemas matemáticos são difíceis até quanticamente.
Entendê-los poderia nos dar uma noção de que tipos de computações
matemáticas são possíveis no universo físico.
Um desses problemas, que está sendo estudado pelo cientista Scott
Aaronson, é a tese de Church-Turing. Ela basicamente indica que qualquer
coisa que possa ser computada por um sistema físico também pode ser
computada por um computador “universal” idealizado, chamado de máquina
de Turing.
“Isso é uma afirmação falsificada sobre as leis da física”, afirma
Aaronson. “Ela expressa a crença de que se as leis da física forem como
um código de computador, então qualquer linguagem de programação para as
leis da natureza poderia emular qualquer outra”.
Mas as ideias de Shor atestam que os computadores quânticos poderiam
fazer coisas que uma máquina de Turing não conseguiria. Nesse caso, ou a
computação quântica é impossível (o que não é muito provável, já que
isso implicaria que a mecânica quântica está errada), ou a tese de
Church-Turing está incorreta no que tange o mundo físico, a não ser que
exista uma maneira de um computador comum simular a física quântica.
“Ninguém provou isso, mas seria uma incrível descoberta matemática”,
afirma Aaronson.
Uma descoberta igualmente incrível seria identificar o princípio
físico que exige que a realidade obedeça às regas da mecânica quântica.
No começo, os pioneiros quânticos visualizaram a matemática que funciona
– e que exige o estranho conceito de múltiplas realidades possíveis.
Mas a questão do por quê uma matemática tão bizarra funcionava tão bem
era deixada de lado.
Mas, nos últimos tempos, a aventura em busca de um princípio físico
pelo qual a mecânica quântica funciona tem ganhado força, e a informação
quântica tem sido o motor disso.
Fonte: http://www.sciencenews.org/
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