Recebido em 21/11/03; Revisado em 18/03/04; Aceito em 26/04/04A Computac‚aoŸ Qu‹antica e· uma area· de pesquisa relativamente recente, que vem sendo desenvolvida nos ·ultimos 20anos,e que faz uso dos fundamentos da Ciencia‹ da Computac‚aoŸ e da F·sica Qu‹antica. Dois saoŸ os fen‹omenos qu‹anticos em que sebaseia a Computac‚Ÿao Qu‹antica:
Recebido em 21/11/03; Revisado em 18/03/04; Aceito em 26/04/04A Computac‚aoŸ Qu‹antica e· uma area· de pesquisa relativamente recente, que vem sendo desenvolvida nos ·ultimos 20anos,e que faz uso dos fundamentos da Ciencia‹ da Computac‚aoŸ e da F·sica Qu‹antica. Dois saoŸ os fen‹omenos qu‹anticos em que sebaseia a Computac‚Ÿao Qu‹antica:
A Computação Quântica é uma área de pesquisa relativamente recente, que vem sendo desenvolvida nos últimos 20 anos, e que faz uso dos fundamentos da Ciência da Computação e da Física Quântica. Dois são os fenômenos quânticos em que se baseia a Computação Quântica: superposição e interferência. Neste trabalho, destacaremos o papel da interferência na solução do problema proposto por Deutsch, o qual consiste em saber se uma dada função é constante ou balanceada, calculando a função apenas uma vez. Figurativamente, isto equivale a saber se uma moeda é honesta ou viciada (duas faces iguais) olhando-a uma única vez. A solução de Deutsch (algoritmo) é, com freqüência, explicada de forma abstrata e com auxílio de circuitos. Contudo, embora eficiente para expressar a "lógica'' e facilitar o desenvolvimento de algoritmos quânticos, esta abordagem não deixa transparecer e facilmente apreender os fenômenos físicos subjacentes. Neste trabalho mostramos didaticamente como o interferômetro de Mach-Zehnder implementa o algoritmo de Deutsch, destacando desta forma a importância da interferência na realização de algoritmos quânticos.
Resumo Neste trabalho apresentamos a realização experimental da simulação do algoritmo de Deutsch através da montagem de um interferômetro de Mach-Zehnder, conforme proposta de Cabral e colaboradores [20]. O aparato montado permite a entrada simultânea dos dois qbits, conforme o circuito de Deutsch. Os resultados evidenciaram uma limitação desta interpretação. O interferômetro de Mach-Zehnder simula resultados de saída do circuito de Deutsch devido ao controle da diferença de fase entre os braços do interferômetro, independente do segundo qbit. Apesar do experimento ter sido realizado com um feixe intenso, mostramos a concordância dos resultados obtidos com o previsto para o caso de fótons únicos. Os resultados estão em sintonia com muitos trabalhos que utilizam feixes intensos para explorar princípios de informação e computação quântica, mostrando ser um cenário promissor para discussão e ensino de aspectos fundamentais da mecânica quântica.
No desenvolvimento de novas tecnologias de informac¸ ao, salienta-se a relev ancia da pesquisa direcionada ao conhecimento e a aplicac¸ ao da computac¸ ao qu antica, contribuindo para compreens ao de quest oes importantes de pesquisa como o fen omeno da interfer encia e o paralelismo qu antico associado `as transformac¸ oes unit´arias. Com o objetivo de colaborar com estas ´areas de pesquisa, este trabalho analisa as interpretac¸ oes de algoritmos qu anticos no modelo qGM (Quantum Geometric Machine Model), para compreens ao da construc¸ ao da informac¸ ao durante o processo de evoluc¸ ao dos sistemas qu anticos. A estrutura ordenada do modelo qGM mostra-se capaz de interpretar a construc¸ ao dos processos e dos estados qu anticos baseada na concepc¸ ao de objetos parciais, considerando a relac¸ ao de inclus ao como a ordem de informac¸ ao. O trabalho apresenta quatro estudos de casos, onde a interpretac¸ ao de objetos parciais possibilita uma descric¸ ao contextualizada para os algoritmos qu anticos relacionado com o fen omeno da interfer encia e no paralelismo qu antico: (i) o Interfer ometro de Mach-Zenhder relacionado com o fen omeno da interfer encia; (ii) operador controlado ¯C NOT (iii) o algoritmo de Deutsch; e (iv) o algoritmo de Grover. Mostrar-se que esta interpretac¸ ao n ao pode ser obtida fora do esquema conceitual da Teoria dos Dom´ınios .
Neste trabalho, apresentamos um conjunto de atividades didáticas que podem ser utilizadas para explorar conceitos de Física Quântica a partir da simulação computacional do Interferômetro de Mach-Zehnder. Tais atividades foram desenvolvidas à luz de pressupostos da teoria da mediação de Vygotsky e da filosofia linguística de Bakhtin, durante uma pesquisa de doutorado. O conjunto de atividades faz parte de uma das etapas de reestruturação da simulação computacional, permitindo explorar, além da polarização da luz e os detectores demolição, os divisores de feixe com coeficientes variáveis e os detectores não-demolição. É possível simular, então, a interferência em regime clássico (fonte laser), em regime quântico (fótons únicos), os fenômenos intermediários de interferência quântica e o emaranhamento quântico. A compreensão desses fenômenos pelos estudantes não é trivial, uma vez que exige mudanças qualitativas profundas. A mediação realizada pelo software e atividades didáticas procura se constituir como um meio para que tais mudanças se estabeleçam. Essas atividades didáticas, cuja principal função é atuar como ferramentas mediadoras no processo de ensino-aprendizagem, podem servir como ponto de partida para abordagens mais fenomenológicas da Física Quântica (sem, necessariamente, se restringir a elas) tanto nos cursos de licenciatura quanto de bacharelado em Física.
Este livro, concebido como um projeto de iniciacao cientffica na Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) e desenvolvido no Instituto de Estudos em Computação e Informação Quânticas (IQuanta) objetiva oferecer aos alunos dos cursos de graduacao em Ciencia da Computacao um texto que introduz de forma clara e didática os conceitos de Computação Quântica a partir dos conhecimentos que os alunos já possuem, utilizando a analogia com os conceitos clássicos conhecidos como ferramenta pedagógica. Segundo Moore e Crutchfield, quando se busca entender computação num contexto quântico, pode ser útil trasladar tantos conceitos da teoria da computação clássica quantos forem possíveis para o caso quântico, a começar do nível mais baixo da hierarquia computacional (hierarquia de Chomsky), ou seja, dos autômatos finitos. Um problema adicional neste processo de entendimento e, porém, a necessidade de conhecimentos teóricos em Física, Matemática e Computação que não fazem parte do conteúdo normalmente explorado na graduação em Ciência da Computação. Assim, neste livro, é apresentado, em dois capítulos (Capítulo 1 e Capítulo 2), uma revisão dos conceitos de Matemática (Álgebra Linear e Vetorial Complexa) e de Física (Mecânica Quântica) básicos necessários para o entendimento do assunto. Em seguida, no Capítulo 3, é feita uma revisão dos modelos de autômatos finitos determinísticos e não-determinísticos. O Capítulo 4 é dedicado a uma introdução ao modelo de autômato probabilístico, que geralmente não faz parte do conteúdo ministrado sobre automates nos cursos de graduação em Ciência da Computação, mas sua compreensão é fundamental para o entendimento de autômatos finitos quânticos.
O objetivo desse artigo e apresentar conceitos basicos sobre computacao e informacao quântica de modo que o leitor possa tomar contato com essa recente area da fisica, hoje em desenvolvimento nos principais centros de pesquisa. A computacao quântica se diferencia da computacao classica que conhecemos principalmente no modo como as funcoes sao calculadas. No caso quântico, existe um paralelismo decorrente da superposicao coerente de estados o que permite a realizacao de multiplos calculos simultâneos da funcao de interesse. Esse e o assunto abordado nesse artigo, que ainda apresenta o algoritmo de Deutsch o qual fornece uma indicacao direta do poder computacional contido na mecânica quântica.