Desde o início da história da computação que a premissa básica tem sido sempre a mesma: zero para falso, um para verdadeiro.
Interpretada
pelas máquinas, essa dualidade lógica elementar tornou-se o fundamento de tudo
que é digital: textos, imagens, músicas, vídeos, enfim, tudo pode ser traduzido
em zeros e uns. Em última análise, todos os algoritmos que formam os sistemas e
apps que rodam em PCs e smartphones são sequências infindáveis de bits 0 e bits
1.
Os transistores dos processadores atuais podem ser entendidos como
minúsculas lâmpadas que, “apagadas”, representam o zero, e "acesas", o
um. Em tese, quanto mais rapidamente o processador alternar entre esses dois
“estados”, melhor será o desempenho global do computador.
Observação: Em 2018, para comemorar o 40º
aniversário do lançamento do iAPX 86 — que
equipou o primeiro IBM PC e ficou conhecido como 8086 — a Intel
lançou uma versão modificada do Core i7 de 8ª geração que batizou de i7-8086K
Limited Edition. Com 6 núcleos, 12 threads e frequência-base de 4 GHz,
esse portento chegava a alcançar 5 GHz no modo turbo. Na mesma oportunidade,
a empresa apresentou um chip de 28 núcleos que rodava a 5 GHz. Ele
atingiu 7.334 pontos no teste Cinebench
R15 (superando os 5.010 pontos alcançados pelo recordista desse
benchmark entre as CPUs de 28 núcleos, que até então era o Xeon Platinum
8180, também da Intel, que tinha clock máximo de 3,8 GHz e
custava US$ 10 mil).
Para além de outros problemas que fogem ao escopo desta
abordagem, uma quantidade monstruosa de minúsculos interruptores ligando e
desligando bilhões de vezes por segundo gera muito calor. Sem mencionar que a
miniaturização tornou a tecnologia de transistores
planares inviável para a construção de microchips, levando os fabricantes a
buscar alternativas ao silício — entre as quais o grafeno e a computação quântica
são as mais promissoras.
O grafeno
(que é abundante no Brasil) era teorizado desde 1947, mas foi somente em 2004
que experimentos realizados com o grafite resultaram na extração acidental de
um fina camada desse material, comprovando sua existência autônoma — o que
rendeu aos cientistas russos Kostya Novoselov e Andre Geim, em
2010, o Prêmio Nobel de Física.
Observação: O método utilizado para isolar o
grafeno foi extremamente simples: Novoselov e Geim foram colando
e descolando uma fita adesiva de uma lâmina de grafite (o mesmo usado em lápis)
até obter uma camada única de átomos de carbono.
Mais adiante, descobriu-se que seria possível utilizar o grafeno na construção de transístores com espessura de um átomo sem comprometer suas propriedades condutivas. A despeito de ser flexível e transparente, esse material chega a ser 200 vezes mais resistente que o aço — ou 40 vezes mais duro que o diamante — e até 100 vezes condutivo que o cobre. Como os elétrons trafegam mais depressa pelo grafeno do que por qualquer outro condutor, essa tecnologia aumenta a velocidade da transferência de dados e resulta em microchips muito mais velozes.
Vale lembrar que, quando se descobriu que o silício permitiria aposentar as jurássicas válvulas, a “nova tecnologia” levou 7 anos para ser implantada. No caso do circuitos impressos, o silício só foi utilizado duas décadas depois. Mas o grafeno promete revolucionar não os microchips como também baterias, células de combustível e... discos rígidos de altíssima densidade.
Observação: Embora a tendência seja substituir o HDD
pelo SSD (drive de memória sólida) como memória de massa do PC, o disco rígido continua sendo largamente utilizados, já que oferece alta
capacidade de armazenamento a baixo custo. Mas isso é outra conversa.
A computação quântica permite ir muito além da
dualidade dos bits que as máquinas comuns utilizam para representar o “sim”
e o “não”, o “verdadeiro” e o “falso”. Na computação clássica, o bit
é representado por impulsos elétricos ou ópticos, ao passo que na computação quântica o qubit (ou bit quântico) é na verdade uma partícula de nível subatômico, como um elétron ou um fóton.
Uma das diferenças básicas entre o bit e o qubit advém da superposição — dito de outra maneira, não há apenas dois "estados", mas várias combinações de zeros e uns. Como uma pequena variação é suficiente para alternar entre esses "estados", a computação quântica reduz significativamente o tempo que o computador leva para concluir uma tarefa, pois permite avaliar diferentes combinações de resultados simultaneamente.
Outra característica importante da física quântica — que se traduz em um desempenho incomparável dos computadores quânticos — é o entrelaçamento. Basicamente, ele faz com que duas partículas interligadas reajam de forma similar mesmo quando separadas por longas distâncias. Os motivos que levam a esse resultado são diversos e complexos, mas o efeito é fácil de compreender: mude o estado de uma partícula e a outra também mudará, resultando numa situação exponencial de ganho de desempenho.
Observação: Nos computadores clássicos, ao dobrar o número de bits, dobra-se a capacidade computacional; nos computadores quânticos, o aumento no número de qubits produz ganhos em escala exponencial.
Já existem máquinas quânticas de 16 qubits. Parece pouco, mas seu desempenho vai bem além do que alcançam os supercomputadores mais poderosos da atualidade.
Continua...
