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.
Realidade computadorizada
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 regras 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.
[ScienceNews]
