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domingo, 3 de junho de 2012

Primeiro computador quântico programável universal é revelado

O primeiro computador quântico de programação universal está sendo desenvolvido, mas os testes preliminares mostram que ele tem problemas que ainda têm que ser superados antes que a criação possa ser usada em larga escala.


No início do ano, uma equipe de pesquisadores do Instituto Nacional de Tecnologia dos Estados Unidos criou um computador quântico capaz de processar dois bits quânticos, conhecidos como qubits. Estes bits conseguem armazenar mais informação que os comuns, que só têm dois estados. Assim, os computadores quânticos podem processar informações e realizar processos muito mais rapidamente que um computador comum.



O novo aparelho experimental utiliza íons de berílio para armazenar os qubits enquanto um laser realiza operações simples de lógica com os bits, enquanto outro laser analisa os resultados dos cálculos. “Quando demonstramos que era possível combinar vários componentes deste modo, nos perguntamos: o que podemos fazer com isso”, afirma David Hanneke (foto), que participou da pesquisa.
Os pesquisadores encontraram a resposta na teoria computacional quântica: “Um dos resultados mais interessantes dos últimos anos no campo da informação quântica foi que é possível realizar qualquer operação quântica com qubits usando apenas qubits sozinhos e em duplas”, afirma Hanneke. Embora isto já tivesse sido testado e usado para realizar algoritmos específicos, nenhum computador capaz que realizar todos os cálculos quânticos já havia sido criado – até agora.
Possibilidades infinitas
No interior do computador há uma pastilha de alumínio coberta com ouro, que contém uma “armadilha” eletromagnética de aproximadamente 200 micrometros de comprimento. Nesta parte do computador a equipe de pesquisadores colocou quatro íons – dois de magnésio e dois de berílio. Os íons de magnésio agem como resfriadores, removendo vibrações indesejadas da cadeia de íons e mantendo a estabilidade do aparelho.
» Por que a computação quântica é o futuro?
Existe um número infinito de operações possíveis com o uso de dois qubits, então a equipe escolheu uma seleção aleatória de 160 operações para demonstrar a universalidade do processador. Cada operação é feita chocando os dois qubits com 31 canais quânticos codificados com os lasers. Controlando a voltagem nos eletrodos de ouro, os cientistas podem separar os íons quando os canais de qubits únicos são utilizados e juntá-los quando os canais requerem dois qubits.
A equipe realizou cada uma das 160 operações 900 vezes. Comparando os resultados obtidos com previsões teóricas, eles puderam observar que o processador funcionou como planejado. Porém, a exatidão da máquina foi de apenas 79%, de acordo com Hanneke. “Cada canal tem uma precisão de aproximadamente 90%, mas quando são colocados juntos, este número cai para 79% para uma operação qualquer”, diz o pesquisador.
Isto acontece, segundo o pesquisador, porque a pulsação do laser varia em intensidade. “Eles não são pulsos ‘quadrados’, eles oscilam”, explica Hanneke. Para que o processador possa ser utilizado com segurança para uso em maior escala, a exatidão das operações realizadas pelo computador quântico precisa ser de 99,99%.
» Bizarro átomo plano é grande avanço para a computação quântica
Esta melhoria pode ser conseguida ao aumentar a estabilidade do laser e reduzindo os erros do hardware óptico. Se esses níveis de eficácia forem alcançados, o novo chip poderá ser usado como parte integral de um processador quântico, já que pode realizar várias operações, de acordo com os pesquisadores. [New Scientist]

Criptografia quântica portátil chega ao mercado


Cartão Inteligente Quântico
A criptografia quântica está pronta para sair dos laboratórios.
Como produto, ela está nascendo portátil, na forma de um Cartão Inteligente Quântico, ou QKarD.
Por trás do QKarD estão 18 anos de pesquisas de cientistas de todo o mundo.
A finalização do trabalho coube a Jane Nordholt e seus colegas do Laboratório Nacional Los Álamos, nos Estados Unidos.
O QKarD incorpora uma nova forma de distribuição de chaves assimétricas, conhecida como criptografia quântica, ou distribuição quântica de chaves.
Com as chaves assimétricas, é possível implementar simultaneamente a assinatura digital.
Distribuição de chaves assimétricas
As chaves são os códigos usados para criptografar e descriptografar mensagens.
Os algoritmos criptográficos exigem que quem envia e quem recebe a mensagem tenha a mesma chave secreta para que ele possa fazer corretamente seus cálculos matemáticos de embaralhamento e desembaralhamento das informações.
A distribuição de chaves assimétricas comumente usada atualmente pelacriptografia é baseada em problemas matemáticos complicados - além de ser impraticável implantá-la em dispositivos portáteis, sua segurança não é totalmente garantida.
Com o cartão inteligente quântico, as leis da física quântica e da teoria da informação garantem que essas chaves nunca poderão ser craqueadas, nem mesmo com os futuros avanços da computação.
Ligações seguras
O QKarD usa fótons polarizados para gerar e distribuir as chaves secretas, exigindo um poder computacional muito menor, o que permitiu sua miniaturização.
Com um dispositivo desse tamanho será possível, por exemplo, criar chamadas realmente seguras através de um smartphone.
Os pesquisadores afirmam que as aplicações potenciais da criptografia quântica portátil vão desde as transações bancárias e o acesso a instalações controladas, até o controle de direitos autorais digitais e as urnas eletrônicas.
O dispositivo, já devidamente patenteado, está agora em processo de licenciamento para empresas interessadas.
Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/01/2012

Física quântica garante computação em nuvem totalmente segura


Nuvem da computação quântica
Cientistas conseguiram combinar o poder da computação quântica com a segurança da criptografia quântica.
O feito não apenas significa que é possível criar nuvens de computaçãototalmente seguras, como também será possível gerar níveis de segurança impensáveis hoje.
Por exemplo, imagine que você tenha criado um programa para um computador quântico e, por um golpe de sorte, fica sabendo que uma empresa acaba de criar o primeiro computador quântico do mundo.
Mas você não conhece a empresa - e, portanto, não confia nela - e nem tampouco a empresa conhece você - e, portanto não confia em você.
Nesse mundo de desconfianças, você acha que, se entregar seu código quântico, a empresa poderá copiá-lo. Ao mesmo tempo, a empresa desconfia que você pode ser um espião querendo roubar seu projeto.
É aqui que entra a inovação, criada por uma equipe da Universidade de Viena, na Áustria, e que dá uma solução segura para você e para a empresa.
Computação quântica cega
A solução chama-se "computação quântica cega", um tipo de computação infinitamente mais seguro do que qualquer coisa existente no mundo dos computadores clássicos.
O protocolo manipula bits quânticos (qubits) individuais, um processo que se baseia em duas características estranhas, mas fundamentais, da física quântica: a aleatoriedade das medições quânticas e oentrelaçamento quântico, a famosa ação fantasmagórica à distância de Einstein.

O primeiro passo é dado pelo usuário, que deve enviar seus dados para o computador quântico de um terceiro. Ele faz isto preparando os qubits em um estado que apenas ele conhece.
Os cientistas fizeram isto usando fótons, ou "partículas de luz", para codificar os dados, forçando um processador quântico experimental a entrelaçar os qubits de uma forma que é impossível decifrá-los.
A seguir eles os enviaram para um "servidor quântico", onde as computações são feitas - o servidor quântico é o computador da empresa desconfiada onde será rodado o seu programa quântico.
O segundo passo também é dado pelo usuário, que deve preparar o programa para rodar sobre seus dados, contidos nos qubits, e também enviá-lo para o computador - neste experimento, a "computação" consistiu meramente na leitura dos qubits.
Os cientistas fizeram isto criando as instruções de medição para o estado particular de cada qubit - o equivalente ao programa a ser rodado - e também enviaram as instruções para o servidor quântico.
Segurança absoluta
Finalmente, depois que o programa roda, os resultados são enviados de volta para o usuário, o único que sabe como interpretá-lo, podendo então ver os resultados.
Ou seja, os dados de entrada, o processamento desses dados e os resultados, tudo permanece absolutamente desconhecido para o próprio computador quântico que faz os cálculos - daí o termo computação quântica cega.
Mesmo que o operador do computador quântico, ou um espião no meio do caminho, tente ler os qubits, ele não entenderá nada porque não saberá o estado inicial dos qubits.
Além do mundo clássico
Stefanie Barz e seus colegas afirmam que o aparato experimental é um feito crucial para a construção de redes de computadores quânticos absolutamente confiáveis e à prova de espionagem.
De fato, um sistema de computação em nuvem funcionando com base nesse princípio seria absolutamente confiável do ponto de vista de todos os utilizadores, uma vez que não haveria forma de os provedores lerem as informações que estão sendo processadas, e nem mesmo o programa que as está processando.
Os dados dos usuários permanecem inteiramente privados, uma vez que o servidor quântico não tem meios para saber o que ele próprio está fazendo, uma funcionalidade que não pode ser obtida no mundo clássico.
Embora este experimento represente um marco no desenvolvimento da computação e da criptografia quânticas, a disponibilidade prática de um sistema totalmente quântico de computação em nuvem está a anos de ser realizado.
Todo o aparato experimental é bastante rudimentar do ponto de vista de um processamento prático, usando poucos qubits, e em um ambiente supercontrolado de laboratório.


Processador quântico é construído dentro de um diamante


Processador quântico de estado sólido
Graças a estruturas conhecidas como vacâncias de nitrogênio, o diamante vem sendo pesquisado por diversas equipes de cientistas para a construção de processadores quânticos.
Agora, um grupo internacional de pesquisadores demonstrou que não apenas é possível construir um computador quântico de diamante, como também é possível protegê-lo da decoerência.
A decoerência é uma espécie de ruído, ou interferência, atrapalhando as sutis inter-relações entre os qubits: quando ela entra em cena, a partícula que estava no ponto A e no ponto B ao mesmo tempo, subitamente passa a estar no ponto A ou no ponto B, apenas.
Outra equipe já havia criado um processador quântico de estado sólido, mas usando materiais semicondutores.
Ao contrário dos sistemas baseados em gases e líquidos, que representam a larga maioria dos experimentos com computação quântica feitos até hoje, processadores quânticos de estado sólido têm a grande vantagem de poderem crescer em número de qubits sem complicações de ordem prática.
Processador quântico é construído dentro de um diamante
Este é o protótipo do processador quântico de diamante - o chip tem 3 mm x 3mm, e o diamante tem 1 mm x 1 mm. [Imagem: Delft University of Technology/UC Santa Barbara]
Computador quântico de diamante
O processador quântico de diamante é o mais simples possível: ele possui dois qubits.
Apesar de serem constituídos inteiramente de carbono, todos osdiamantes contêm impurezas, ou seja, átomos de outros elementos "perdidos" em sua estrutura atômica.
São essas impurezas que interessam aos cientistas e à computação quântica.
O primeiro qubit é um núcleo de nitrogênio, enquanto o segundo é um elétron individual, "vagando" nas proximidades, graças a outra falha na estrutura do diamante - na verdade, o qubit é o spin de cada um deles.
Elétrons são melhores do que núcleos para funcionarem como qubits porque podem fazer cálculos mais rapidamente. Por outro lado, eles são vítimas muito mais frequentes da decoerência.
Processador quântico é construído dentro de um diamante
O grande avanço deste experimento é uma proteção contra a decoerência do elétron. [Imagem: Van der Sar el al./Nature]
Viagem no tempo
O grande avanço deste experimento é que os cientistas criaram uma proteção contra a decoerência do elétron, injetando pulsos de micro-ondas que mudam continuamente a direção do seu spin.
"É um pouco como uma viagem no tempo," disse Daniel Lidar, membro da equipe.
A comparação é válida porque a contínua mudança de direção do spin reverte temporalmente as inconsistências no movimento conforme os elétrons-qubits retornam à sua posição original.
Processador quântico é construído dentro de um diamante
Lente integrada de diamante, acima de cada qubit, onde os cálculos são realizados - o diâmetro da lente é de 20 micrômetros. [Imagem: UCSB]
Algoritmo de Grover
Além de proteger o sistema contra a decoerência, o grupo demonstrou que o processador quântico de dois qubits funciona ao fazê-lo rodar o algoritmo de Grover, uma busca básica em um conjunto de dados não ordenados.
Imagine, por exemplo, encontrar um número de telefone em uma lista telefônica sem saber o nome do assinante.
Por um milagre, você pode encontrá-lo na primeira tentativa; por uma maldição, ele pode ser o último; na média, contudo, você varrerá a metade da lista até encontrar o número que procura.
Embora não seja perfeito, o processador quântico de diamante encontra a resposta correta em sua busca na primeira tentativa 95% das vezes - o que é o bastante para provar que o que ele faz é realmente um processamento quântico.
Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/04/2012

quarta-feira, 30 de maio de 2012

Teletransporte quântico é realizado no Japão


Cientistas japoneses anunciam que, pela primeira vez, conseguiram transmitir uma imagem numa rede de comunicação pelo processo conhecido como teletransporte quântico

No laboratório, os cientistas japoneses conseguiram transmitir a imagem de um gato codificado em qubits, os bits quânticos

São Paulo — Um novo marco na comunicação quântica foi atingido na semana passada, quando pesquisadores japoneses anunciaram o primeiro teletransporte quântico de um conjunto complexo de informações. O teletransporte é a transferência via luz de informação quântica de um local a outro, uma forma poderosa de representar e processar informação que é a base da computação quântica.
Até agora, as tentativas de teletransporte não haviam sido muito bem sucedidas. Ou operação era muito lenta ou alterava a informação enviada, fazendo com que alguns detalhes fossem perdidos. Para efeito de comparação, seria o equivalente à tripulação do Star Trek chegar a um planeta sem um braço, ou com ele colado à orelha.
No caso do teletransporte feito pela equipe liderada pelo professor Akira Furusawa, da Universidade de Tóquio, não foram enviados objetos e nem pessoas, mas informações. Os pesquiadores conseguiram, pela primeira vez, enviar um pacote de dados complexos por uma rede quântica. Os dados representavam o famoso gato de Schrodinger, criado no início do século 20 pelo físico Erwin Schrodinger para descrever a situação na qual um objeto normal, clássico, pode existir em uma sobreposição quântica, tendo dois estados de uma vez.
Quantificando
A memória de um computador comum, binário, funciona em bits – cada um deles representando um “um” ou um “zero”. Ele opera com os chamados chaveamentos excludentes, do tipo sim ou não. Já um computador quântico usa os chamados qubits, onde os estados não são mutuamente excludentes. Cada qubit pode representar “um”, “zero” ou estar nos dois estados ao mesmo tempo.
Para entender a diferença, imagine um labirinto repleto de bifurcações. No computador binário você só poderia escolher um caminho em cada bifurcação. Se chegasse a um ponto sem saída, teria de voltar ao começo e repetir a operação, escolhendo outras opções, uma de cada vez. Já no computador quântico seria possível entrar nas duas opções da bifurcação ao mesmo tempo. Repetindo isso em sucessivas bifurcações, uma das combinações de alternativas acabaria chegando à saída, e todos os caminhos teriam sido percorridos.
Com o desenvolvimento do teletransporte quântico, se torna possível mover blocos de informação num computador de forma mais rápida, abrindo caminho para a computação quântica. O feito também reforça a possibilidade de construção de redes de transmissão de dados mais velozes com base nessa tecnologia. Os feitos da equipe do professor Furusawa foram publicados na revista científica Science.