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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA E GESTÃO DO CONHECIMENTO Disciplina: Fundamentos Cognitivos da Informação.

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA E GESTÃO DO CONHECIMENTO Disciplina: Fundamentos Cognitivos da Informação Profs. Nilson Lage, Francisco A. P. Fialho, O BIT E O PÊNDULO (A Nova Física da Informação) Os segredos da mente, da matéria e do universo revelados pela ciência da computação TOM SIEGRIED

2 O BIT E O PÊNDULO O BIT E O PÊNDULO TOM SIEGRIED Ana Maria Cordeiro Vogt Iny Salete Chudzikiewicz Simone Flauzino

3 O BIT E O PÊNDULO O BIT E O PÊNDULO TOM SIEGRIED Escrito pelo premiado jornalista científico Tom Siegfried, este livro leva o leitor às fronteiras da nova física da informação e mostra algumas das espantosas descobertas que esta disciplina está inspirando, como os computadores quânticos, os códigos supersecretos, os elaborados mecanismos que regulam o metabolismo das células e a solução dos antigos mistérios a respeito do comportamento dos buracos negros e da evolução do universo. TOM SIEGRIED

4 A idéia revolucionária que está por trás de todas estas descobertas é a de que os componentes fundamentais da matéria não são os átomos e nem mesmo as partículas subatômicas, mas os bits, as unidades fundamentais de informação. A obra mostra de que forma o computador e o bit estão revelando os segredos do cérebro, a natureza da matéria e a origem do universo. TOM SIEGFRIED é editor científico do jornal Dallas Morning News e recebeu o Prêmio Westinghouse de jornalismo científico da American Association for the Advancement of Science. O BIT E O PÊNDULO

5 É possível transportar? Margie e Seiji (Osaka) queriam enviar um prato de ensopado por teletransporte. Seriado Jornada nas Estrelas Na série de TV, os personagens ficam em pé na plataforma de um teletransportador e são dissolvidos até reaparecer em seguida são recompostos no local de destino. O BIT E O PÊNDULO

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7 Braunstein – teletransporte é uma espécie de transporte imaterial. Não é como tirar cópia e mandar. Teletransportar é transportar algo de um lugar para outro. Aparelho de fax – cospe a folha original na bandeja enquanto a cópia aparece num local distante.

8 O BIT E O PÊNDULO Teletransportar – a história começa em 1993 Reunião anual da American Physical Society conhecida como reunião de março em Seatle, milhares de físicos compareceram, muitos dos quais envolvidos no estudo do silício (material de que são feitos os microcircuitos dos computadores) e outras substâncias usadas na eletrônica.

9 Programado uma sessão sobre a física da computação. Charles Benett da IBM – orador inscrito para falar sobre teletransporte quântico. Ninguém ouvira falar sobre isso. Era como se a ficção se tornasse realidade... Capitão kirk se desmaterializando e tornando a aparecer em um mundo alienígena de Jornada nas estrelas. Apenas uma nota no caderno D que sai às segundas feiras. O BIT E O PÊNDULO

10 Dois anos mais tarde Samuel Braunstein, física quântico, foi convidado para ministrar palestra no clube de ficção científica em Rehovot. Excelente assunto para apresentar ao público leigo. O BIT E O PÊNDULO

11 Problema para Braunstein: não era fácil definir o que significava realmente a palavra teletransporte. Teletransporte é alguma espécie de transporte imaterial. Teletransportar não é copiar e mandar cópia. No teletransporte, o original é transportado de um lugar para outro.

12 Talvez como a máquina de xérox – lâmpada fortíssima que vaporize o original ao copiá-lo. As informações a respeito de todas as partes do objeto e suas posições relativas são armazenadas no processo e enviadas à superfície do planeta que a enterpraise está orbitando. Segredo do teletransporte – não está no transporte das pessoas, mas nas informações a respeito da estrutura da coisa a ser transportada. O BIT E O PÊNDULO

13 Para teletransportar é necessário: - Análise detalhada da estrutura da pessoa. - Usar esta informação para reconstruí-las no local de destino. Qual a quantidade de informações necessárias para descrever totalmente o ser humano?

14 (NIH) – Instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos pretende construir um modelo tridimensional do corpo humano. Imagens permitirão visualizar qualquer órgão do corpo humano com resolução de alguns milímetros. Máquina de teletransporte deve colocar cada átomo exatamente no lugar onde estava. O BIT E O PÊNDULO

15 Dificuldade – colocar o total de informações necessárias – um quintilhão de discos rígidos ou uma pilha de CD rom que ocuparia um espaço maior do que a lua. Necessidade – cem milhões de séculos para transmitir os da dos a respeito do corpo humano. O BIT E O PÊNDULO

16 Teletransporte não é idéia promissora- problemas + tecnológicos do que fundamentais. Registro de informações - matéria - energia Princípio de Henisberg –não é possível medir simultaneamente a posição e o movimento de uma partícula com posição absoluta. Obstáculo – -pilar da mecânica quântica>limitação básica que nos é imposta pela natureza O BIT E O PÊNDULO

17 Mecânica quântica- estuda as regras matemáticas do mundo subatômico. Leis são feitas para serem desafiadas, no entanto, não é possível transportar informações escondidas na excentricidade da mecânica quântica. Uma informação pode ser teletransportada. É o casamento da teoria da informação com a mecânica quântica que torna possível o teletransporte. Assim não se teletransporta ensopados mas partículas descritas pela matemática da mecânica quântica. O BIT E O PÊNDULO

18 Estudos de objetos quânticos Filmes de hollywood – é necessário acreditar Objetos quânticos – não se pode ter idéias de espaço e tempo/causa e efeito. Um dia poderá ser usado para: -decifrar códigos militares secretos -espionar transações financeiras -ler mensagens confidenciais enviadas por Os estudos sobre objetos quânticos, um dia poderão influenciar, desde o futuro dos computadores até nosso conhecimento sobre o cosmo. O BIT E O PÊNDULO

19 Objetos quânticos são partículas de que são feitos os átomos: prótons e nêutrons presentes no núcleo e os elétrons que giram em torno dele. +conhecidos as partículas de luz simples (conhecidas como fótons) Mecânica quântica - referem-se às leis que governam os movimentos da matéria. É impossível compreender a mecânica quântica. Não se preocupar com detalhes pode fazer a mecânica quântica parecer ridiculamente simples.

20 O BIT E O PÊNDULO É preciso ter em mente que mecânica quântica é como:

21 Dinheiro quântico: 1ª indicação da natureza quântica no universo a energia é quantificada, vem em pacotes. Não se escolhe a quantidade de energia. Se contenta com um múltiplo da menor unidade, como os centavos. Em qualquer transação financeira, o valor envolvido tem que ser múltiplo de um centavo. Transações que envolvem energia – valores envolvidos devem ser múltiplos de pacotes elementares conhecidos como quanta. O BIT E O PÊNDULO

22 Água quântica Plank anunciou a existência dos quanta no final de Einstein propôs que a luz era feita de partículas quânticas em 1905 Bohr explicou a estrutura do átomo de hidrogênio em No início de 1920 – os quanta são como água – têm ondas. O BIT E O PÊNDULO

23 O elétrons e também a luz podiam às vezes se comportar como ondas e às vezes como partículas dependendo de como fossem observados. Ex: balde de água com pedras de gelo. O BIT E O PÊNDULO

24 Televisão quântica A física quântica parece descrever diferentes realidades assim como a TV. Os sinais de TV são transmitidos por ondas invisíveis. As imagens e sons da Tv são apenas possibilidades não tem existência real até que liguemos o aparelho. Igualmente a mecânica quântica fornece apenas a possibilidade de que o elétron seja observado de um certo lugar. Não se pode medir a velocidade ou a posição de um Elétron, apenas um conjunto de possibilidades O BIT E O PÊNDULO

25 Informação quântica Portadores de informação: – sinais de rádio – elétrons- cabos eletrônicos – tinta no papel-formando palavras e imagens Informação medida em bits- descrita na linguagem binária dos computadores feito de zero e uns. Todo dígito binário é um bit e representa uma escolha entre duas alternativas, como uma série de respostas e perguntas do tipo sim e não ou uma lista de resultados de um jogo de cara e coroa. Talvez um objeto quântico possa ser transferido de um local para outro sem necessidade de observar (e portanto destruir) a informação que ela contém. O BIT E O PÊNDULO

26 Teletransporte quântico Teletransportar pessoas ainda é fato na série Jornada nas Estrelas mas o teletransporte quântico existe realmente – artigo Internet – fóton teletransportado com sucesso usando técnica de Bennett e colaboradores. Dezembro – o mesmo artigo foi publicado na revista Nature. O BIT E O PÊNDULO

27 É possível que em breve o teletransporte de informações quânticas estejam sendo usados na prática – possibilidade – computadores transferindo informações quânticas de uma parte de um computador para outra ou mesmo de um computador para outro. Mensagens secretas do governo, de militares, espiões, bancos poderão ser enviadas. Teletransporte quântico ainda é considerado por alguns como ficção. O BIT E O PÊNDULO

28 Criptografia – enviar mensagens em códigos - desde a antiguidade. Chave secreta – compartilhar – um e outro podem decifrar os códigos. Mudar sempre os códigos para evitar espiões. Informações quânticas são à prova de espiões. Criptografia quântica – considerada a melhor solução a longo prazo para as recentes intrusões nos sistemas de criptografia dos Estados Unidos.

29 Filme Quebra de Sigilo com Robert Redeford- sistemas modernos de criptografia se baseiam em problemas matemáticos de difícil resolução. ( O filme Quebra de Sigilo bem retrata que a arma dos tempos modernos não é a bomba, mas a informação. Quem detém a informação, tem o poder. O poder não é só o de influenciar os comportamentos, mas o de antecipar-se a eles.) Do livro Direito de Informação e Liberdade de Expressão de Luis Gustavo Grandinetti Castanho de Carvalho Diferença entre:teletransporte quântico e criptografia quântica: 1. teletransporte quântico - envia um tipo especial de informação 2.criptografia – envia uma informação comum de um lugar para outro. O BIT E O PÊNDULO

30 Capítulo 2 – Máquinas e Metáforas Alan Turing – péssimo datilógrafo; matemático brilhante! Decifrou códigos secretos dos alemães na segunda guerra mundial. O Teste de Turing é um teste proposto para se determinar se um programa é ou não inteligente, ou seja, O programa é inteligente se a pessoa que participa no teste não for capaz de dizer se foi o programa ou o ser humano que respondeu às suas perguntas. Existem alguns programas inteligentes que "conversam em português", criados com o objetivo de passar no Teste de Turing, conversando com os usuários como se fossem pessoas de verdade como a Sete Zoom e Ed Outromundo. (Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.) O BIT E O PÊNDULO

31 Turing teve a idéia dos computadores digitais. Formulou na década de 30, princípios básicos que governam o funcionamento de qualquer computador. Queria apenas analisar métodos mecânicos de resolver problemas matemáticos: escolheu a máquina de escrever! Máquinas inspiram descobertas gerais e poderosas. São estudos dos fenômenos em dispositivos artificiais, em produtos de tecnologia.

32 Os computadores atuais inspiram os cientistas da mesma forma quando eles aplicam a metáfora da computação ao estudo científico da vida e do universo. A computação levou a ciência à uma nova concepção do universo. Exemplo de simbiose entre máquina e ciência foi a visão do Newton do universo inspirada pelo relógio mecânico. O BIT E O PÊNDULO

33 Mais recentemente – leis de energia nascida no estudo dos motores a vapor. O universo funciona como um relógio Em sua obra mais famosa, o Principia, publicada em em 1687, Newton transformou a metáfora do relógio. Ele o chamou de força. Assim como as engrenagens de um relógio eram movidas por pesos, o movimento da matéria do universo era produzido pela força. O BIT E O PÊNDULO

34 A máquina a vapor Thamson e outros – a experiência da máquina a vapor ensinou à ciência as leis da termodinâmica – leis que continuam válidas até hoje, intocadas pelas revoluções que a física sofreu no século XX. O BIT E O PÊNDULO Início em 1698 – Thomás Savery – patenteou um aparelho movido a vapor para bombear a água para fora das minas de carvão. A grande revolução das máquinas aconteceu em 1765 com o seu aperfeiçoamento por James Watt. Na sociedade medieval o relógio era a máquina dominante; a máquina a vapor foi o símbolo da revolução industrial no século XIX

35 1º Computador –ENIAC– criadores Jonh Mauchly e J. Presper Eckert e uma grande equipe. Não foi a primeira máquina de calcular. Deve sua existência a muitos pensadores que buscavam mecanizar o poder de computação da mente humana. O BIT E O PÊNDULO

36 Lógica Boleana - Computadores podem derrotar campeões de xadrez e a máquina conhece apenas zero e um. - O ser humano usa sistema de número decimal – acidental – temos dez dedos na mão. - Computador – apenas dois dedos – sistema binário – para contar => Depois do zero vem o um, seguido pelo 10,11 pelo 100 e O sistema de zero e uns foi inventado quase um século antes que o primeiro computador eletrônico entrasse em movimento O BIT E O PÊNDULO

37 X – representa homens Y - representa seres brancos X e y - representaria todos os homens que não são brancos. Assim poder-se-ia manipular vários conceitos para chegar a conclusões lógicas. George Boole Boole achava que o pensamento podia ser representado matematicamente atribuindo símbolos algébricos (como x,y e z) a vários conceitos.

38 Boole escreveu A validade de uma conclusão obtida por um processo simbólico de raciocínio não depende da nossa capacidade de interpretar os resultados formais que se apresentavam nos diferentes estágios da investigação. Em outras palavras: expressões matemáticas aparentemente absurdas podem levar a conclusões válidas. Hoje as mesmas idéias estão sendo usadas em estudos da física da informação. O BIT E O PÊNDULO

39 Máquinas de Turing Velho sonho dos matemáticos – reunir toda a matemática em um sistema de axiomas e de demonstrações que abrangessem todos os conhecimentos da área. Dispor de de uma máquina que, usando um método garantido, fosse capaz de realizar todos os cálculos. Turing percebeu que tinha que ser um método claro, possível de definição, um conjunto de instruções específicas (algoritmo). O BIT E O PÊNDULO

40 Turing teve que imaginar um computador para aplicações gerais antes que a 1º máquina desse tipo fosse inventada e descobrir os princípios básicos de funcionamento. A máquina de Turing foi, talvez a invenção imaginária mais engenhosa de todos os tempos. Ao imaginar o computador universal, Turing estava pensando em máquinas de escrever, ainda que modificadas e aperfeiçoadas. O BIT E O PÊNDULO Segredo – projetar uma supermáquina de escrever para que execute uma série de processos lógicos, um de cada vez, do mesmo modo como os programas de computador operam hoje em dia. Protótipo da Máquina de Turing

41 Estudo da computação: pertence ao campo da matemática ou da física? O processamento da informação é um exercício matemático ou um processo físico? Assim como as metáforas inspiradas em máquinas levaram a conceitos físicos como força e energia, a metáfora do computador levou a uma nova forma de fazer física. A informação é mais que uma metáfora. A informação é real. A informação é física. O BIT E O PÊNDULO

42 O MUNDO E UM GRANDE COMPUTADOR Edward Fedkin acredita que o mundo é um grande computador, ele insiste que o universo é a simulação de um computador e que todas as coisa do mundo não existem são ilusões criadas por um computador gigantesco, segundo ele é um computador que se encontra em outro lugar que controla tudo.

43 O MUNDO É UM GRANDE COMPUTADOR A visão do mundo de Fedkin, apesar de visionaria e extravagante, chamou atenção para um fato importante de que o universo pode ser descrito em termos de processamento de informações.

44 O MUNDO É UM GRANDE COMPUTADOR Qualquer forma de comunicação envolve informação, para ele tudo que ocorre na natureza depende de um processamento de informações.

45 TUDO DA NATUREZA É INFORMAÇÃO Todas as atividades da natureza podem ser descrita em termos de processamento de informação. A semente de carvalho contém toda a informação necessária para fazer um novo carvalho.

46 É POSSÍVEL PREVER O FUTURO O futuro acontece porque uma computação transforma uma informação do presente em novas condições do que representam o instante de tempo seguinte – Prevê a chegada do inverno

47 É POSSÍVEL PREVER O FUTURO Em fim o futuro só acontece porque houve o processamento de informação no passado. Apesar de muito físicos não concordarem com Fedkin em relação ao supercomputador, todos concordam com ele que a informação é algo palpável.

48 A INFORMAÇÃO ESTA POR TODA A PARTE Segundo Rolf Landauer, a computação nos fez perceber que a informação é uma entidade concreta. A informação esta por toda a parte por trás das telas da TV, dos sinais de transito, das gravações de CD, dos efeitos especiais do cinema entre outros.

49 Para o físico Woyciech Jurek em tudo há informação: - seja no ato de pensar, - nos hormônios que circulam no sangue, -nas tempestades de verão, Tudo tem informação até mesmo nos simples observadores da natureza que A INFORMAÇÃO ESTA POR TODA A PARTE

50 A ignorância do observador por muitos anos eram considerados pela física clássica sem importância para o universo, segundo eles independente de nosso existência o universo se comportaria da mesma forma como se os seres humanos não existissem. Em particular, os cientistas não sabiam o que fazer com um hipotético observador.

51 O Demônio de Maxwell James Clerk Maxwell, físico usou a matemática para explicar a eletricidade e o magnetismo Para Maxwell o observador era um pequeno demônio.

52 No século XIX, Sadi Carnot e seus sucessores descobriram que todos os fenômenos térmicos obedeciam a duas leis fundamentais: 1ª Lei que diz que toda energia é constante – Lei de conservação de energia 2ª Lei que não se pode utilizar a energia em sua totalidade, há sempre uma parte útil da energia que se transforma em energia residual. O Demônio de Maxwell

53 Maxwell teorizou de que se houve um ser que acompanhasse a caminho da molécula seria capaz de derrubar a 2ª Lei da termodinâmica. Esse demônio, criado por Maxwell seria capaz de transformar os cubos de gelos derretidos em uma xícara de chá em estado sólidos novamente. Se alguém lhe oferecesse ovos mexidos, seria capaz de transformar em ovos fritos. O Demônio de Maxwell

54 Em 1950 Leon Brillouin, lança o livro Sience and Information Thcory, o livro atacava o demônio de Maxwell, argumentando que ele não poderia enxergar no escuro; para poder medir a velocidade de uma molécula a qual primeiramente ele precisaria ver, logo teria que emitir um raio de luz, a energia gasta seria maior que a energia conseguida pelo demônio, portanto a 2ª Lei da termodinâmica estava salva. O Demônio de Maxwell

55 Para Landauer medir é a mesma coisa que receber uma mensagem, que é a mesma coisa que computar. O Demônio de Maxwell

56 O objetivo de Maxwell porém, não era provar que a Segunda Lei estava errada, mas que se trava de uma Lei estatística – baseada em probabilidades. Na prática o acompanhamento da velocidade das moléculas mais rápidas ou mais lentas não poderia ocorrer, ele queria provar que a Segunda Lei tinha como base a impossibilidade de acompanhar as trajetórias individuais das moléculas. O Demônio de Maxwell

57 O demônio de Maxwell não podia violar a 2ª Lei porque mesmo que ele conseguisse descobrir a velocidade das moléculas, ele teria que consumir certa energia. Medir, comunicar-se e computar são diferentes formas de receber informação Dois sistemas poderiam trocar informação com o gasto arbitrariamente pequena de energia. Um sistema de computação ideal. O Demônio de Maxwell

58 A Entropia de Shannon A teoria da informação nasceu há cinqüenta anos e foi apresentada ao mundo na forma de um livro intitulado The Mathematical Theory of Comunication, que constituía basicamente em dois artigos publicados por Cláudio Shannon,

59 A Entropía de Shannon Para Shannon A matemática podia medir quantidade de informação, para analisar com que velocidade a informação podia ser transmitida com redução ou com nem um erro de transmissão

60 A grande descoberta A grande descoberta de Landauer foi que não importa qual o tipo de informação que se queira apagar ela consumira energia. A queima de um livro, apagar um texto escrito a lápis com uma borracha....

61 A grande descoberta Mais tarde um companheiro de Landauer da IBM, Charles Bennett, supôs que se um computador não precisasse apagar informação. Com uma quantidade suficiente de gigabytes a seu dispor talvez a 2ª Lei da termodinâmica pudesse ser derrubada.

62 Computação Reversível Ele imaginou se ele pudesse não precisasse armazenar todos os resultados intermediários, se fosse possível inverter todos os passos do processos de computação, todas as informações poderiam ser reconstituídas. Os programas de computadores poderiam ser escrito na ordem inversa. Ela não necessária se lembrar de todos os lugares para processar a informação, mas como chegar lá.

63 A Entropía de Shannon Para Shannon demonstrou com calcular o número da bits em qualquer situação. As equações dele eram muito parecidas com a 2ª Leia da termodinâmica - a entropia ou grau de desordem de um sistema – é descrita matematicamente.

64 As grandes questões a responder eram: Existe uma ligação real entre a entropia da física e entropia da informação? A teoria da informação é simplesmente um método para descobrir a forma mais eficiente de enviar sinais ou possuía um significado mais profundo? Até hoje em dia no entanto muitos físicos afirmam que a entropia física e a entropia de de Shannon podem ser encaradas como duas faces das da mesma moeda.

65 O Principio de Landauer Rolf Landauder, físico Alemão que mudou-se para EUA e se tornou um dos maiores físicos dos computadores e seus componentes com os semicondutores,seu trabalho deu origem `a nova ciência da termodinâmica, as pesquisas de Landauder, estabelerceam os fundamentos da física da computação. Assim como Sadi Carnot fez com as máquinas a vapor.

66 Busca de máxima eficiência O objetivo de todos os estudiosos era a busca de máxima eficiência de suas máquinas, desde Carnot com a máquina a vapor a Landauer na busca de processamento de informação independe de tecnologia utilizada.

67 Eficiência Idealizada Antonie Parent, livre pensador para os padrões do século XVII, formou-se em Direito mas foi na matemática e na física que se encontrou uma de suas qualidades era aplicar o método cientifico a questões de interesse prático, como a da eficiências das máquinas industriais. A grande questão era se haveria um limite absoluto para eficiência das máquinas? Para sua investigação utilizou a roda dágua, devido a sua importância na época merecia uma investigação científica.

68 Eficiência Idealizada O estudo era saber que porcentagem da energia de um curso de água uma roda ideal seria capaz de extrair. Usando cálculos matemático calculou que uma roda dágua seria capaz de converter apenas 15% da energia da água em trabalho.

69 Eficiência Idealizada Essa descoberta seria fantástica se os cálculos de Parent não estivessem errados, pois ele desprezou, segundo Caldwell, a perda de energia quando a água batia nas pás. Mas foi a partir de seu artigo que o interesse por estudos em relação a eficiência de recursos enérgicos tomaram vulto.

70 A teoria de Bennet Bennett imaginou se ele pudesse não armazenar todos os resultados intermediários, se fosse possível inverter todos os passos do processos de computação, todas as informações poderiam ser reconstituídas. Os programas de computadores poderiam ser escrito na ordem inversa. Ela não necessária se lembrar de todos os lugares para processar a informação, mas como chegar lá.

71 A teoria de Bennet Em 1993, Bennett apresentou ao mundo o conceito de teletransporte quântico, no mesmo encontro Ralph Merkle, cientista de computadores que trabalhava num centro de pesquisa da Xérox, declarou que a lógica reversível iria dominar a computação do século XXI.

72 A informação é real Não há como negar, que a idéia da reversibilidade só faz sentido se admitirmos que a informação é real e física.

73 O Quantum e o computador Peter Shor, no Bell Labs da AT&T em Nova Jersey, descobriu um excelente algoritmo.Peter Shor Ele permite a um computador quântico fatorar grandes inteiros rapidamente. Ele resolve tanto o problema da fatoração quanto o problema do logaritmo discreto.problema do logaritmo discreto

74 O Quantum e o computador O Algortimo de Shor poderia, em teoria, quebrar muitos dos sistemas criptográficos em uso atualmente.O Algortimo de Shor Essa descoberta criou um enorme interesse nos computadores quânticos, até fora da comunidade acadêmica.

75 O Quantum e o computador Teoricamente, computadores quânticos podem ser implementados e o mais desenvolvido atualmente trabalha com poucos qubits de informação.qubits O principal ganho desses computadores é a possibilidade de resolver em tempo eficiente, alguns problemas que na computação clássica levariam tempo impraticável.

76 O Quantum e o computador Para Laudauer, fisico alemão havia um certo exagero em relação aos computadores quânticos: 1º ninguém sabia ainda como construir esse tal de computador quântico; 2º ninguém era capaz de citar um problema importante que só pederia ser resolvido por um computador quântico;

77 O Quantum e o computador 3º mesmo que um computador comum levasse tempo para resolver um problema não havia garantia que um cumputador quântico poderia resolver.; Richard Feynman, físico que ficou famoso por ter participado da comissão pesidencial para investigar a explosão do onibus espacial Challenger. Elaborou a primeira proposta de utilizar um fenômeno quântico para executar rotinas computacionais. Foi numa palestra apresentada na Primeira Conferência de Computação Física no MIT.Richard Feynman

78 O Quantum e o computador Feynman mostrou que um computador tradicional levaria um tempo extremamente longo para simular um simples experimento de física quântica.Feynman Por outro lado, sistemas quânticos simples podem executar enormes quantidades de cálculos num curto espaço de tempo.

79 Feynman era um físico brilhante Feynman, era um físico fora do normal, aprendeu japonês sozinho ante de uma viagem para o Japão e em sua lua-de-mel tornou-se especialista em bomba atômica, foi recusado no exército pois os psiquiatras acharam que era louco, era reconhecido no seu meio como um físico com uma inteligência brilhante.

80 Feynman era um físico brilhante Mas foi só no final de sua vida é que ele se interessou pela física da computação. E fez a seguinte indagação até que ponto a computação pederia simular a realidade? Uma vez que a natureza possuia todas propriedades quânticas que não poderiam ser simuladas de forma rotineira.

81 Feynman era um físico brilhante Para Feynman a natureza não é clássica, se quisermos simular a natureza de forma realista deve utilizar efeitos quânticos.

82 Feynman era um físico brilhante Os computadores comuns não podem simular um universo quântico, podem simular jogos de futebol, beisebol, simular um único jogo é fácil, mas simular todos os jogos que ainda não foram jogados, se é a realidade que se quer simular tem que se levar em conta todas as diferentes possibilidade de todos os átomos que estão presentes no corpos de todos jogadores que estão no campos de beisebol.

83 O Quantum e o computador David Deutsch pertencia a uma corrente da física quântica que defendia a interpretação da existencia de universos paralelos, cada uma associado a um conjunto deferente de possibilidades quânticas.

84 O Quantum e o computador Nenhum computador comum tem capacidade de calcular as possibilidades quânticas associadas ao grande número de partículas. Logo um computador com mil microprocessadores em paralelo seria capaz seria capaz de resolver um problema mil vezes mais depressa.

85 O Quantum e o computador Isso fez crescer a esperança de que um dispositivo simples seja capaz de executar muitos algoritmos quânticos diferentes.

86 O parelelismo quântico O parelelismo quântico leva a resultados muito mais impressionantes, no caso de mil processadores seria capas de representar um bit de informação, poderia gerar um número gigantesco; correspondente a 1 seguido por 301 zeros.

87 O parelelismo quântico Essas combinações possibilitariam um trilhão de combinações por segundo que seria necessário um tempo igual a 10 bilhões de vezes a idade do universo.

88 O parelelismo quântico Hoje em dia os especialista em códigos acreditam que poderiam derrotar qualquer computador simplesmente aumentando o número de digitos. Mas já se sabe que centenas de computadores ligados a internet levariam varios meses para fatorar um numero 150 digitos.

89 O parelelismo quântico Em 1994 Peter Schor, matemático do Bell Labs, descobriu um algorítimo para computadores quânticos, que poderia resolver os difíceis problemas de proteger as chaves de códigos secretos. Bill Gates, 1985, mesmo a sabendo o poder dos computadores quânticos não viu aplicação para problemas práticos.

90 O parelelismo quântico E 1998 pode se verificar o crescimento de interesse pelas grande empresas pela computação quantica, da IBM a NASA, com investimento chegando em média 4 milhoes de dolares ano em pesquisa na área.

91 A importância dos computadores quânticos Os computadores quânticos permitiriam realiar buscas mais rápidas em grande bancos de dados; Modelo Representação estilizada da imagem digital de estrutura em 3D de uma proteína, com suas dobras complexas Projeção de gerospcópisos para misseis teleguiados; A estrutura tridimensionais das proteínas

92 A importância dos computadores quânticos aperfeiçoamento do sistema de reservas da companhias áreas; simulação de processos naturais. os computadores quânticos poderiam ajudar a compreender a evolução do universo;

93 Como construir um computador quântico Segundo Umesh Vazirani a descoberta de Shor possibilitaria fatorar um numero com mais de 2000 dígitos, que todos os computador existente hoje no mundo trabalhassem em tempo integral levariam a idade estimada o universo.

94 Landauer tenta convencer Vazirani que não é tão simples construir um computador quântico como parece no papel, segundo ele ainda os computadores comuns só funcionam porque não precisam ser perfeitos,...a natureza tem horror a perfeição- Como construir um computador quântico

95 Condições necessárias para construção de um computador quântico Os componentes dos computadores quânticos devem interagir muito pouco com o ambiente; para diminuir a perda de informação. Os componentes devem interagir entre si de forma extremamente precisa.

96 A tolerância com que operará um computador quântico devem trabalhar um uma tolerância muito menor que aceita num computador comum. Para um computador quantico quase zero não é a mesma coisa que zero. Condições necessárias para construção de um computador quântico

97 Os pesquisadores afirmam que seria necessário usar computadores quânticos para criar novos códigos secretos que nem mesmo os computadores quânticos poderiam decifrar. Condições necessárias para construção de um computador quântico

98 Portas Lógicas as grande novidade Em 1996 em Baltimore, surge a grande novidade, as portas lógicas quânticas, as portas lógicas são os componentes mais importantes dos computadores comuns, diferentes portas realizam diferentes operações lógicas.

99 AND ENTRADASAIDA NAND ENTRADASAIDA

100 OR ENTRADASAIDA NOR ENTRADASAIDA

101 NOT ENTRADASAIDA 10 01

102 Portas Quânticas Na fisica quântica, a lógica é mais complexa. Os qubits de informação quânticas contém mistura de 0 e 1. O número de saída de uma porta quântica é sempre igual ao número de entrada.

103 Portas Quânticas Em 1995 um grupo de especialista demonstraram que todas as operações lógicas podem ser executadas apenas com um tipo de porta lógica quântica, aporta NOT controlado.

104 Portas Quânticas Jeff kimble no Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Pasaderna. Kimble e seu colabordores usam equipamento para fazer pulsos luminosos interagirem com o um átomo de césio.

105 Nova formar de executar computação quântica Em 1998 a NASA patrocionou uma conferência para discutir os avanços da computação quântica, o resultado foi a nova maneira de se executar computação quântica usando o método de rossonancia magnética nuclear (NMR).

106 Nesta nova obordagem a informação quântica esta contida no spins dos núcleos atômicos. Os spins são alterado por meio de campos magnéticos. Mudando os campos magnéticos, é possivel manipular informações nos núcleos dos átomos. Nova formar de executar computação quântica

107 Dúvidas quanto ao funcionamento do computador Quântico Mas ainda há um grande número de especialista que questinonam se o computador funcionaria corretamento se usado em grande escala.

108 Problema 1: Para descobrir um nome em banco de dados com um milhão um computador comum deveria fazer meio milhões de operações. Um computador quântico precisaria usar somente a raiz quadrada do número da lista, logo segundo Grover ele precisaria só de mil operações

109 Problema 2: Para realizar uma busca em um banco de dados que continha quatro elementos. Um computador comum tinha que fazer duas ou três tentativas para encontrar o elemento desejado, já o computador quântico poderia realizar a mesma tarefa com apenas uma tentativa.

110 Fragilidade Apesar do otimismo em relação às possibilidades das diversas abordagens, nenhuma conseguiu resolver o problema da extrema fragilidade da informação quântica. Um átomo espúrio ou um fóton desgarrado podem arruinar a computação inteira.

111 Progressos em relação a correção de erros na computação quântica Se um computador for projetado para processar informações de forma redundante. – com a utilização de cinco qubits para processar um qubtis de informação – será possível corregir o erro se um dos qubts por acidentemente destruído.

112 Funcionamento do computador quântico Para Palm Springs, se um computador quântico fosse capaz de executar cálculos com menos de um erro para cada , já se poderia garantir que ele funcionasse de forma confiável.

113 O futuro... Ninguém esta em condições de prever o futuro para saber se eles poderam mudar a sociedade do mesmo modo, que os computadores clássicos.


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