Se você já ouviu falar de computadores quânticos, provavelmente, também ouviu que eles são mais poderosos que computadores tradicionais. A realidade é um pouco mais sutil. Afinal, o que os computadores quânticos são de fato capazes de fazer bem?

Computadores quânticos, em essência, usam, em sua arquitetura interna, propriedades da física quântica, área voltada para o estudo do mundo atômico e subatômico. Em particular, três fenômenos são o foco dos recursos computacionais dessas máquinas: superposição quântica, interferência e emaranhamento quântico. 

Superposição se refere à habilidade de entidades quânticas (átomos, prótons, nêutrons, elétrons etc.) estarem em mais de um estado ao mesmo tempo. Metaforicamente, seria, por exemplo, como estar ‘aqui e ali’ ao mesmo tempo. 

Na computação tradicional, usamos o bit como unidade de informação, o qual pode ter valor ‘zero’ ou valor ‘um’. Mas, na computação quântica, o conceito de superposição nos permite ter o chamado qubit: uma combinação simultânea de ‘zero’ e ‘um’. Isso aumenta a capacidade de representação de estados em um computador quântico.

A estranheza da superposição é que, uma vez que o qubit sofre uma medida, aquele estado superposto acabará reduzido a apenas um deles (‘zero’ ou ‘um’). A qual deles? Isso vai depender da chance (probabilidade) de cada estado em um dado qubit.

Para entender essa última questão, vamos imaginar a superposição como ondas em um lago que interferem mutuamente. Se elas estiverem alinhadas entre si – tecnicamente, se diz ‘em fase’ –, ocorrerá um reforço entre elas, e o resultado final será a criação ou de ‘picos’, ou ‘depressões’. Mas, se estiverem defasadas (não alinhadas), surgirá uma região mais ‘achatada’ – por vezes, plana. Esse fenômeno é chamado, respectivamente, interferência construtiva e destrutiva. 

É justamente o fenômeno de interferência que possibilita aumentar a chance de um qubit estar em certo valor – digamos, no estado zero. Na computação quântica, essa manipulação de probabilidades é importante, porque permite que os qubits cheguem ao resultado desejado.

No emaranhamento quântico, temos um estado quântico formado por duas (ou mais) partículas de forma especial. Não podemos considerar um estado emaranhado entre uma partícula (digamos, A) e outra (B) como um estado que diz respeito só a A ou a B. Quando emaranhadas, as partículas A e B passam a formar um só sistema, cujos elementos são, agora, vistos em conjunto, indissociáveis.

Imagine jogar uma moeda para cima. A chance de cair coroa é 50%, e a de cair cara, 50% também. Ao fazer o mesmo com duas moedas, espera-se que essas probabilidades (50/50) se mantenham. Isso ocorre porque essas probabilidades não estão correlacionadas – ou seja, são independentes entre si: o resultado de uma moeda não influi no resultado da outra. 

Mas, se as duas moedas estivessem ‘emaranhadas’, as probabilidades entre elas estariam correlacionadas: o resultado de uma das moedas influiria no da outra.

Superposição, emaranhamento e interferência são ingredientes essenciais para manipular os qubits e obter o resultado computacional desejado. Mas eles não contam toda a história. Do ponto de vista teórico, a vantagem em relação a computadores tradicionais não é algo garantido, mesmo usando essa tríade de fenômenos.