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segunda-feira, 4 de junho de 2012

Memória quântica guarda dados em cristais sólidos

Os valores de qubits são essencialmente estados quânticos de fótons, registrados em átomos de terras raras implantados no interior do cristal. [Imagem: F. Bussières/University of Geneva]
Memória quântica sólida
Os primeiros experimentos com memórias quânticas - o registro de um qubit para que ele possa ser processado ou lido mais tarde - começaram com os complicados e sensíveis condensados de Bose-Einstein.
Vários materiais sólidos conseguem armazenar estados quânticos - um determinado valor armazenado em um qubit - por longos períodos.
Ocorre que esses valores de qubits são essencialmente estados quânticos de fótons - e os materiais sólidos até então testados só conseguiam absorver de forma eficiente a luz de uma determinada polarização.
Contudo, sempre tendo em vista a praticidade, memórias quânticas deverão ser capazes de armazenar qualquer polarização da luz.
Memória quântica confiável
Agora esse problema foi resolvido, simultaneamente e de forma diferente, por nada menos do que três equipes diferentes: uma da China, outra da Espanha e uma terceira da Suíça.
Todas as equipes conseguiram armazenar e ler de volta dados de uma memória quântica de estado sólido, utilizando estado arbitrários de polarização da luz.
Os dados são gravados por fótons individuais, que são absorvidos por íons de terras raras confinados no interior de um cristal.
A diferença do trabalho das três equipes é que cada uma usou uma técnica de compensação diferente para manter o dado armazenado por longos períodos de tempo - onde longo significa algumas centenas de nanossegundos, como ocorre com o chamado "período de latência" das memórias clássicas dos computadores atuais.
Todas as técnicas alcançaram uma fidelidade - uma medida da confiabilidade da recuperação do dado do qubit - maior do que 95%, o que supera o valor máximo que se pode obter com uma memória clássica.
By Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/05/2012

Teletransporte quântico bate recorde de distância

Teletransporte espacial



Cientistas chineses detonaram o recorde mundial de teletransporte quântico.
E, segundo eles, o próximo passo é o espaço.
Quando dois fótons são criados juntos, eles nascem realmente gêmeos, compartilhando propriedades que ficam compartilhadas mesmo quando os dois se separam.
É o fenômeno chamado entrelaçamento, que Einstein chamou de ação fantasmagórica à distância: normalmente se diz que o que acontecer a uma das partículas entrelaçadas afetará imediatamente a outra, mesmo que ela esteja do outro lado da galáxia.
Ainda não dá para ir do outro lado da galáxia, mas Juan Yin e seus colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China teletransportaram um estado quântico por uma distância de 97 quilômetros - o recorde anterior era de 16 km.
E eles não se deram por satisfeitos: o próximo passo, segundo eles, será fazer um teletransporte quântico global, usando satélites artificiais.
Mais "tele" do que transporte
Embora cientistas já tenham alegado ter teletransportado até moléculas de DNA, no teletransporte quântico não há rigorosamente "transporte".
Depois de entrelaçados, os fótons são enviados, um para um ponto A e outro para um ponto B. Quando o fóton em A é alterado, o fóton em B também se altera, devido ao entrelaçamento.
Ou seja, os fótons não viajam um para a posição do outro, o que viaja é a informação - o que os cientistas chamam de estado quântico.
A alteração nos fótons pode ser usada para codificar bits quânticos, ou qubits.
É isso o que torna o teletransporte particularmente interessante para a transmissão segura de informações, já que não haverá fóton pelo caminho para ser interceptado.
Para isso, contudo, será necessário acelerar um pouco as coisas: no estágio atual, o experimento consegue teletransportar cinco qubits por minuto.
A propósito, a informação só pode ser totalmente reconstruída no ponto B usando dados adicionais transmitidos por métodos convencionais a partir do ponto A - ou seja, a informação não viaja mais rápido do que a luz.
Assim, o teletransporte quântico pode aumentar a segurança da informação, mas não sua velocidade.

domingo, 3 de junho de 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

Cientistas criaram memória quântica


Uma equipe de cientistas criaram uma memória quântica que permite transferências de dados extremamente rápidos e incrivelmente seguros. Composto por um cristal arrefecido a -270 gruas Celsius, esta tecnologia desenvolvida anteriormente pela mesma consegue para e controlar a luz emitida por um lazer, manipulando os electrões no seu interior.
Segundo a equipe de cientistas chineses e australianos que desenvolveu a tecnologia, esta memória óptica consegue capturar um feixe de luz no seu interior e mante-la durante mais de um segundo. Pode não parecer muito, mas este resultado é mais de 1.000 vezes superior a qualquer experiencia alguma vez realizada. Este resultado leva a que os cientistas acreditem ainda mais nesta tecnologia, de tal forma que a próxima etapa desta equipe é conseguir armazenar luz no interior de um cristal durante horas em vez de segundos.
Segundo o Morgan Hedges, investigador da Universidade Nacional da Austrália, “A luz que entra no cristal é retardada ao longo do caminho até parar, onde permanece até que a deixemos caminhar de novo”, disse ainda que “quando nós a deixamos sair, capturamos essencialmente tudo o que quisermos na forma de um holograma tridimensional, com uma precisão até o último fotão” Hedges revelou por fim que “devido à inerente incerteza da mecânica quântica, algumas das informações desta luz serão perdidas no momento em que elas forem medidas, o que nos dá um holograma que só pode ser lido uma vez. A mecânica quântica garante que esta informação possa ser lida somente uma vez, tornando-o perfeito para comunicações seguras.”
A Computação Quântica é um tema que tem vindo a ser cada vez mais frequente, devido às limitações da actual tecnologia. E quando essa questão é colocada, é na Mecânica Quântica que a maioria dos investigadores deposita a sua esperança.