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28/12/2001
-
07h36
do "New York Times", para a Folha de S.Paulo
Cientistas do Centro de Pesquisa Almaden da IBM, em San Jose, Califórnia, anunciaram ter executado o mais complexo cálculo já realizado por um dispositivo atômico. Eles fatoraram o número 15 usando apenas sete átomos.
O feito é um marco na futura construção de poderosos computadores com a atordoante capacidade de calcular usando propriedades quânticas, que governam átomos e partículas elementares.
A resposta em si obviamente não foi uma surpresa: o cálculo fatorial chegou a 3 e 5, os números que dividem 15 sem deixar resto. Mas o exercício que levou a esse resultado simples _a primeira fatoração de um número com um aparelho exótico chamado de computador quântico_ mantém a promessa de, um dia, resolver problemas hoje considerados impossíveis e de decifrar códigos hoje aparentemente impenetráveis.
Embora sejam pequenas, as chaves que manipulam uns e zeros nos computadores mais modernos atuais consistem, cada uma, de bilhões de átomos.
No experimento de computação quântica, os cientistas fizeram o cálculo manipulando átomos individuais, o equivalente submicroscópico das pedras do ábaco. Isso confirmou uma grande vantagem: por causa da natureza da mecânica quântica, conjunto de leis que regulamenta o reino atômico, os múltiplos passos do procedimento puderam ser executados simultaneamente.
Se esse paralelismo puder ser estendido a uma escala maior, um esforço nada trivial, números com centenas de dígitos poderiam ser fatorados facilmente.
Segredos em perigo
Como muitos esquemas usados para proteger informação eletrônica são baseados na quase impossibilidade de fatorar números grandes, construir um computador quântico funcional pode ser não só um feito de matemática, mas também de criptografia, potencialmente colocando muitas das informações mais secretas do mundo em perigo.
"Agora acreditamos que a computação quântica vai ser um fato", disse Isaac L. Chuang, que liderou a equipe de pesquisadores, da IBM e da Universidade Stanford (EUA). "Isso é surpreendente para mim. Comecei pensando que a computação quântica não fosse ser um empreendimento viável." Ele se diz contente por terem provado que ele estava errado.
Peter Shor, o cientista da AT&T Laboratories que mostrou há sete anos que a fatoração quântica era possível em teoria, qualificou o novo avanço, relatado recentemente na revista "Nature" (www.nature.com), de "um feito impressionante". Mas ele dá um aviso aos otimistas: "Ainda há uma longa estrada à frente antes que possamos desenvolver computadores quânticos úteis".
Fatorar, ou seja, encontrar a sequência dos divisores exatos de um número, é o que os matemáticos chamam de um problema intratável. É fácil fatorar números pequenos mas, conforme eles aumentam, o tempo de cálculo cresce exponencialmente.
Em 1999, especialistas estabeleceram um recorde ao fatorar um número de 155 dígitos - um feito que exigiu 292 computadores operando por metade de um ano. Por causa da natureza exponencial do problema, fatorar um número duas vezes maior levaria centenas de milhões de anos.
Os criptógrafos se apoiaram nesse fato para desenvolver códigos considerados indecifráveis. Aquele que envia uma mensagem pega dois grandes números primos (aqueles só divisíveis por um e por eles mesmos) e os multiplica. Isso produz um número ainda maior, que se torna a chave usada para encriptar o texto. Quebrar o código envolve trabalhar no sentido inverso para obter os fatores originais, um procedimento que exige cálculos suficientes para fritar um supercomputador.
Cálculos paralelos
A computação quântica trabalha por regras diferentes. Em 1994, Shor inventou um algoritmo - uma sequência de operações - que permitiria a um computador quântico fazer os cálculos simultaneamente, fatorando números com centenas de dígitos em questão de minutos.
Isso é possível porque os contadores de um computador quântico são feitos de átomos, que podem ser induzidos (elétrica ou magneticamente) a apontar para cima ou para baixo, indicando 1 ou 0, os dois símbolos da aritmética binária. Mais importante, a mecânica quântica permite que ele faça isso simultaneamente, indicando 1 e 0 ao mesmo tempo.
Logo, dois átomos podem registrar quatro valores: 00, 01, 10 e 11 (os números de 0 a 3 em linguagem binária). Três átomos podem conter oito números, quatro podem ter 16. Girar os átomos para cima ou para baixo em vários padrões faz com que um cálculo seja realizado - em todos os números ao mesmo tempo.
Com sete átomos, os pesquisadores da IBM obtiveram um pequeno aparelho capaz de simultaneamente registrar 128 números diferentes.
Tecnologia de hospital
No experimento, Chuang e seus colegas usaram uma molécula consistindo primariamente de átomos de flúor e carbono.
Um frasco de líquido contendo quatrilhões de moléculas foi colocado dentro de uma máquina chamada espectrômetro de ressonância nuclear magnética, que usa a mesma tecnologia existente em hospitais. Ao bombardear as moléculas com a sequência precisa de pulsos eletromagnéticos, os cientistas cuidadosamente giraram os átomos entre 1 e 0.
Fatorar rapidamente números de tamanhos usados em criptografia iria exigir manipulação delicada de dezenas de milhares de átomos, e a menor perturbação poderia causar erro no cálculo. Mas os pesquisadores estão otimistas com a demonstração. "Ainda temos de ir bem além disso", diz Chuang. "Mas ao menos provamos que é possível."
IBM faz cálculo complexo com 7 átomos
GEORGE JOHNSONdo "New York Times", para a Folha de S.Paulo
Cientistas do Centro de Pesquisa Almaden da IBM, em San Jose, Califórnia, anunciaram ter executado o mais complexo cálculo já realizado por um dispositivo atômico. Eles fatoraram o número 15 usando apenas sete átomos.
O feito é um marco na futura construção de poderosos computadores com a atordoante capacidade de calcular usando propriedades quânticas, que governam átomos e partículas elementares.
A resposta em si obviamente não foi uma surpresa: o cálculo fatorial chegou a 3 e 5, os números que dividem 15 sem deixar resto. Mas o exercício que levou a esse resultado simples _a primeira fatoração de um número com um aparelho exótico chamado de computador quântico_ mantém a promessa de, um dia, resolver problemas hoje considerados impossíveis e de decifrar códigos hoje aparentemente impenetráveis.
Embora sejam pequenas, as chaves que manipulam uns e zeros nos computadores mais modernos atuais consistem, cada uma, de bilhões de átomos.
No experimento de computação quântica, os cientistas fizeram o cálculo manipulando átomos individuais, o equivalente submicroscópico das pedras do ábaco. Isso confirmou uma grande vantagem: por causa da natureza da mecânica quântica, conjunto de leis que regulamenta o reino atômico, os múltiplos passos do procedimento puderam ser executados simultaneamente.
Se esse paralelismo puder ser estendido a uma escala maior, um esforço nada trivial, números com centenas de dígitos poderiam ser fatorados facilmente.
Segredos em perigo
Como muitos esquemas usados para proteger informação eletrônica são baseados na quase impossibilidade de fatorar números grandes, construir um computador quântico funcional pode ser não só um feito de matemática, mas também de criptografia, potencialmente colocando muitas das informações mais secretas do mundo em perigo.
"Agora acreditamos que a computação quântica vai ser um fato", disse Isaac L. Chuang, que liderou a equipe de pesquisadores, da IBM e da Universidade Stanford (EUA). "Isso é surpreendente para mim. Comecei pensando que a computação quântica não fosse ser um empreendimento viável." Ele se diz contente por terem provado que ele estava errado.
Peter Shor, o cientista da AT&T Laboratories que mostrou há sete anos que a fatoração quântica era possível em teoria, qualificou o novo avanço, relatado recentemente na revista "Nature" (www.nature.com), de "um feito impressionante". Mas ele dá um aviso aos otimistas: "Ainda há uma longa estrada à frente antes que possamos desenvolver computadores quânticos úteis".
Fatorar, ou seja, encontrar a sequência dos divisores exatos de um número, é o que os matemáticos chamam de um problema intratável. É fácil fatorar números pequenos mas, conforme eles aumentam, o tempo de cálculo cresce exponencialmente.
Em 1999, especialistas estabeleceram um recorde ao fatorar um número de 155 dígitos - um feito que exigiu 292 computadores operando por metade de um ano. Por causa da natureza exponencial do problema, fatorar um número duas vezes maior levaria centenas de milhões de anos.
Os criptógrafos se apoiaram nesse fato para desenvolver códigos considerados indecifráveis. Aquele que envia uma mensagem pega dois grandes números primos (aqueles só divisíveis por um e por eles mesmos) e os multiplica. Isso produz um número ainda maior, que se torna a chave usada para encriptar o texto. Quebrar o código envolve trabalhar no sentido inverso para obter os fatores originais, um procedimento que exige cálculos suficientes para fritar um supercomputador.
Cálculos paralelos
A computação quântica trabalha por regras diferentes. Em 1994, Shor inventou um algoritmo - uma sequência de operações - que permitiria a um computador quântico fazer os cálculos simultaneamente, fatorando números com centenas de dígitos em questão de minutos.
Isso é possível porque os contadores de um computador quântico são feitos de átomos, que podem ser induzidos (elétrica ou magneticamente) a apontar para cima ou para baixo, indicando 1 ou 0, os dois símbolos da aritmética binária. Mais importante, a mecânica quântica permite que ele faça isso simultaneamente, indicando 1 e 0 ao mesmo tempo.
Logo, dois átomos podem registrar quatro valores: 00, 01, 10 e 11 (os números de 0 a 3 em linguagem binária). Três átomos podem conter oito números, quatro podem ter 16. Girar os átomos para cima ou para baixo em vários padrões faz com que um cálculo seja realizado - em todos os números ao mesmo tempo.
Com sete átomos, os pesquisadores da IBM obtiveram um pequeno aparelho capaz de simultaneamente registrar 128 números diferentes.
Tecnologia de hospital
No experimento, Chuang e seus colegas usaram uma molécula consistindo primariamente de átomos de flúor e carbono.
Um frasco de líquido contendo quatrilhões de moléculas foi colocado dentro de uma máquina chamada espectrômetro de ressonância nuclear magnética, que usa a mesma tecnologia existente em hospitais. Ao bombardear as moléculas com a sequência precisa de pulsos eletromagnéticos, os cientistas cuidadosamente giraram os átomos entre 1 e 0.
Fatorar rapidamente números de tamanhos usados em criptografia iria exigir manipulação delicada de dezenas de milhares de átomos, e a menor perturbação poderia causar erro no cálculo. Mas os pesquisadores estão otimistas com a demonstração. "Ainda temos de ir bem além disso", diz Chuang. "Mas ao menos provamos que é possível."
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