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O professor El-Gendy mostra o magnetismo do novo material criado para a computação quântica. [Imagem: University of Texas at El Paso] Tirando os computadores quânticos do frio Como os fenômenos quânticos são extremamente sensíveis ao ambiente, praticamente todas as tecnologias que os exploram precisam funcionar em temperaturas criogênicas. É por isso que os "gabinetes" dos computadores quânticos são na verdade equipamentos complexos e caros, chamados refrigeradores de diluição, que congelam qualquer coisa até próximo do zero absoluto. Agora, físicos acreditam ter dado um salto quântico nesse aspecto. Yohannes Getahun e colegas da Universidade do Texas em El Paso desenvolveram um material altamente magnético - 100 vezes mais magnético do que a magnetita - que funciona em temperatura ambiente. É claro que há ímãs a temperatura ambiente por todos os lados, mas os computadores quânticos precisam de propriedades magnéticas tão fortes que elas só podem ser mantidas estáveis em temperaturas muito baixas, por volta de -237 ºC, e este novo material cumpre esse quesito. O superímã a temperatura ambiente é fabricado com aminoferroceno e grafeno. [Imagem: Getahun et al. - 10.1063/5.0153212] Ímã para computação quântica Depois de quatro anos em busca de materiais magnéticos inteiramente novos para computação quântica, os esforços se pagaram - e com um bônus adicional de não precisar de elementos de terras raras. O superímã a temperatura ambiente resulta de uma mistura de materiais conhecidos como aminoferroceno e grafeno - aminoferroceno (C12H12FeN2) é um composto orgânico derivado do organometálico ferroceno, no qual um dos átomos de ferro é substituído por um grupo amino (NH2). "Eu realmente duvidava do seu magnetismo, mas os nossos resultados mostram claramente um comportamento superparamagnético," disse o professor Ahmed El-Gendy. "Ninguém preparou um material como este antes. Acho que poderemos fazer um computador quântico à temperatura ambiente com ele." Mas ainda resta trabalho a fazer, porque a síntese do material é muito difícil. A equipe já está tentando otimizar o processo de preparação, mas também já está procurando colaboradores que trabalhem em computação quântica para fazer os primeiros testes práticos. Fonte: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=superima-temperatura-ambiente-promete-descongelar-computacao-quantica&id=010110230925

A evolução das probabilidades e os fenômenos "impossíveis" da Mecânica Quântica podem ter suas origens na Teoria Especial da Relatividade - pelo menos tudo fica menos estranho. [Imagem: FUW] Unificação da Mecânica Quântica com a Teoria da Relatividade Por quase cem anos, a Mecânica Quântica aguarda uma teoria mais profunda para explicar a natureza de seus fenômenos misteriosos. E, sonho de todos os físicos, talvez uma teoria que a unifique com a Teoria da Relatividade. Se o raciocínio apresentado agora pelos físicos Andrzej Dragan (Universidade de Varsóvia) e Artur Ekert (Universidade de Oxford) resistir ao escrutínio de seus colegas de todo o mundo, a história pode estar muito bem prestes a pregar uma peça cruel em todos esses físicos, de todas as gerações desde Einstein. A "teoria desconhecida" procurada há décadas, explicando a singularidade da Mecânica Quântica - com o perdão do trocadilho -, seria derivada da Teoria da Relatividade, e não o contrário. Hoje, a maioria dos físicos aceita que a descrição da realidade feita pela Mecânica Quântica seria mais fundamental, e que a Teoria da Relatividade teria que ser ajustada a ela. Dragan e Ekert propõem que não, que as características mais importantes do mundo quântico podem resultar da Teoria Especial da Relatividade, que até agora parecia ter pouco a ver com a Mecânica Quântica. A velocidade da luz ainda é um campo intrigante de pesquisas: pode ser possível superar a velocidade da luz e a velocidade da luz cai a zero em "pontos excepcionais", por exemplo, sem contar que diminuir a velocidade da luz já é um fato corriqueiro. [Imagem: ICFO] Velocidade da luz Desde o início, a Mecânica Quântica surpreende com sua peculiaridade, tão difícil de entender e conciliar com o que estamos acostumados no mundo cotidiano: Por que uma partícula passa por duas fendas simultaneamente? E por que uma partícula "tunela", atravessando uma barreira sólida, quando nós sempre damos dolorosamente com a cara na parede? E o que realmente incomoda os físicos desde a elaboração da Mecânica Quântica e da Teoria da Relatividade é a incompatibilidade desses três conceitos - três, uma vez que existem duas teorias da relatividade: a especial e a geral. Os dois físicos desenvolveram um modelo no qual eles provam matematicamente que as características da Mecânica Quântica que determinam sua singularidade e seu exotismo não-intuitivo - teoria que é aceita, além do mais, com base em axiomas, que muitos físicos preferem chamar de "fé" - podem ser explicadas dentro da estrutura da Teoria Especial da Relatividade, dispensando qualquer fé em pressupostos. Einstein baseou a Teoria Especial da Relatividade em dois postulados. O primeiro é conhecido como o princípio da relatividade galileano (que, é importante notar, é um caso especial do princípio copernicano). Aquele princípio afirma que a física é a mesma em qualquer sistema inercial, isto é, seja em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. O segundo postulado, que Einstein considerava crucial e que foi formulado com base no famoso experimento Michelson-Morley - aquele que fez com que os físicos deixassem o éter de lado - impôs a exigência de uma velocidade constante da luz em todos os sistemas de referência. Vários experimentos já questionaram a sequência de causa e efeito no reino da física quântica. [Imagem: Universidade de Viena] Causas sem efeitos e efeitos sem causas A Teoria Especial da Relatividade é uma estrutura coerente que permite três tipos de soluções matematicamente corretas: um mundo de partículas se movendo a velocidades subluminais (abaixo da velocidade da luz), um mundo de partículas se movendo à velocidade da luz e um mundo de partículas se movendo a velocidades superluminais (acima da velocidade da luz). Esta terceira opção sempre foi rejeitada porque, pela própria teoria, ela não teria nada a ver com a realidade, dado o pressuposto da velocidade máxima permitida no Universo, a da luz - exatos 299.792.458 metros por segundo. "Nós nos colocamos a seguinte questão: O que acontece - por enquanto, sem entrar na fisicalidade ou não fisicalidade das soluções - se levarmos a sério não uma parte da Teoria Especial da Relatividade, mas toda ela, incluindo o sistema superluminal? Esperávamos paradoxos de causa-efeito. Em vez disso, o que vimos foram exatamente aqueles efeitos que formam o núcleo mais profundo da Mecânica Quântica," escrevem Dragan e Ekert. Inicialmente, os dois físicos consideraram um caso simplificado, como é comum nessa parte da ciência: Um espaço-tempo com todas as três famílias de soluções, mas consistindo em apenas uma dimensão espacial e uma dimensão temporal (1 + 1). Nesse modelo, uma partícula em repouso em um sistema de soluções parece mover-se superluminalmente no outro, o que significa que a própria superluminosidade é relativa nesse quadro ampliado. Em um continuum espaço-temporal construído dessa maneira, eventos não-determinísticos ocorrem naturalmente. Se, em um sistema no ponto A, houver a geração de uma partícula superluminal, mesmo completamente previsível, emitida em direção ao ponto B, onde simplesmente não há informações sobre os motivos daquela emissão, então, do ponto de vista do observador no segundo sistema, eventos se desenrolam do ponto B ao ponto A, de forma que eles emergem de um evento completamente imprevisível. Acontece que efeitos análogos também aparecem no caso de emissões de partículas subluminais. Os dois físicos também demonstraram que, quando se levam em conta soluções superluminais, o movimento de uma partícula em múltiplas trajetórias simultâneas surge naturalmente, e uma descrição do curso dos eventos exige que se introduza uma soma de amplitudes de probabilidade combinadas que indicam a existência de superposição, um fenômeno até agora associado apenas à Mecânica Quântica, em que uma partícula pode estar em vários lugares ao mesmo tempo. Os físicos estão usando metamateriais para saltar entre dimensões na estrutura do espaço-tempo. [Imagem: Cortesia Vytautas Navikas/EPFL] Três dimensões do tempo No caso do espaço-tempo com três dimensões espaciais e uma dimensão temporal (3 + 1), ou seja, correspondendo à nossa realidade física, a situação é mais complicada. O princípio da Relatividade em sua forma original não é preservado - os sistemas subluminal e superluminal são distinguíveis, sem superposição. No entanto, os dois físicos notaram que, quando o princípio da Relatividade é modificado para uma forma definida como "A capacidade de descrever um evento de maneira local e determinística não deve depender da escolha de um sistema de referência inercial", então isso limita as soluções àquelas nas quais todas as conclusões da consideração no espaço-tempo (1 + 1) permanecem válidas. "Nós notamos, aliás, a possibilidade de uma interpretação interessante do papel das dimensões individuais. No sistema que parece superluminal para o observador, algumas dimensões espaço-temporais parecem mudar seus papéis físicos. Somente uma dimensão da luz superluminal tem um caráter espacial - aquela ao longo do qual a partícula se move. As outras três dimensões parecem ser dimensões do tempo," contou Dragan. Princípio quântico da Relatividade Uma característica das dimensões espaciais é que uma partícula pode se mover em qualquer direção ou permanecer em repouso, enquanto em uma dimensão temporal ela sempre se propaga em uma direção - é o que chamamos de envelhecimento na linguagem cotidiana. Assim, três dimensões temporais do sistema superluminal com uma dimensão espacial (1 + 3) significariam que as partículas envelheceriam inevitavelmente três vezes simultaneamente. O processo de envelhecimento de uma partícula em um sistema superluminal (1 + 3), observado a partir de um sistema subluminal (3 + 1), teria a aparência de uma partícula movendo-se como uma onda esférica, levando ao famoso princípio de Huygens (todos os pontos em uma frente de onda podem ser tratados eles próprios como uma fonte de uma nova onda esférica) e ao dualismo onda-partícula, cernes da teoria quântica. E isso não é mais estranho do que a própria Mecânica Quântica, dizem os dois físicos. "Toda a estranheza que aparece quando consideramos soluções relacionadas a um sistema que parece superluminal acaba por não ser mais estranha do que o que a teoria quântica geralmente aceita e experimentalmente verificada tem dito há muito tempo. Pelo contrário, levando em conta um sistema superluminal, é possível - ao menos teoricamente - derivar alguns dos postulados da Mecânica Quântica a partir da Teoria Especial da Relatividade, que não são geralmente aceitas como resultantes uma da outra, mas de outras razões mais fundamentais," concluiu o Dr. Dragan. Fonte: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=eventos-acima-velocidade-luz-unificacao-fisica-quantica-relatividade&id=010130200403#.Xoc4dEBKjIU

Computação Quântica e seus efeitos na Criptografia Um pouco sobre criptografia Colocando de forma simples, criptografia é um método de proteger informações e comunicações através do uso de códigos, de modo que apenas aqueles para os quais a informação é destinada possam lê-los e/ou processá-los. Dizer que a criptografia é um controle de segurança fundamental não é de forma alguma um exagero, por milênios comunicações militares tem sido embaralhadas e protegidas com o uso de algum modelo criptográfico, desde a era de César, com um algoritmo de substituição básica, passando pela segunda guerra mundial, com a famosa máquina enigma utilizada pelas forças alemãs, até mesmo os dias de hoje, com o que ainda é chamado de criptografia de nível militar. É claro, já tem muito tempo que a proteção de dados deixou de ser um tema restrito as forças armadas, e como não poderia deixar de ser, empresas e até mesmo indivíduos fazem uso de criptografia para proteção de suas informações, incluindo desde uma rede Wi-Fi doméstica, passando por dados pessoais regulamentados pela GDPR, até transações financeiras que necessitam tanto de confidencialidade, quanto de integridade e não repúdio. Sim, a criptografia é uma peça fundamental na segurança da informação, mas deixe-me te apresentar a dura realidade: Essencialmente tudo que você precisa para quebrar mesmo a criptografia mais complexa, é tempo e poder de processamento. Felizmente, enquanto um algoritmo de criptografia como o de César, que já passou dos 2000 anos, pode ser quebrado em questão de minutos por um PC razoável, os modelos matemáticos atuais empregados em algoritmos como AES, RSA ou ECDSA são seguros contra ataques de força bruta, mesmo com uma capacidade massiva de processamento, algo raramente disponível excetuando-se se você for alguém como a NSA, seria necessário muito, muito tempo, mais do que alguns séculos, provavelmente milhões ou mesmo bilhões de anos para quebrar uma criptografia considerada bem implementada e com uma chave de tamanho razoável. Tudo seria perfeito, mas como perfeito é algo raramente associado a controles de segurança da informação, eis que surge uma nova ameaça: A computação quântica. O que é computação quântica? Em sua essência, a computação quântica é uma nova forma de se fazer… bem você adivinhou, computação. Em computador convencional a partícula mínima de informação, o bit, pode existir apenas em 2 estados, 0 ou 1. Já um computador quântico se beneficia da capacidade de partículas subatômicas existirem em mais de um estado, simultaneamente. Nesse caso os Quantum Bits, ou QuBits conseguem armazenar muito mais informação, pois fazem uso direto de propriedades da mecânica quântica como, sobreposição e interferência. Essencialmente, enquanto bits podem apenas um 0 ou um 1, QuBits podem assumir qualquer sobreposição desses valores, dessa forma, operações computacionais podem ser realizadas em uma velocidade muito maior e com bem menos consumo de energia. A computação quântica não é nada menos do que revolucionária, e se você pensa que esse é um assunto de ficção cientifica, basta dar uma olhada no site “The Quantum Computing Report” para ver que gigantes mundiais como Intel, Google, IBM, e Microsoft estão investindo pesado no desenvolvimento de computadores quânticos. Se ainda restou algum espaço para dúvida, saiba que no inicio de 2019 a IBM lançou o Q System One, o primeiro computador quântico para uso comercial, com capacidade inicial de 20-qubit. A computação quântica já é uma realidade em 2019, e não apenas grandes companhias estão entrando nesse mercado, mas também governos e até mesmo grandes fundos de investimento. Quais os impactos da computação quântica na criptografia? Você já deve ter entendido como a criptografia é essencial no mundo de hoje, especialmente aqueles baseados no modelo “chave pública”, que são responsáveis por proteger a maioria das transações eletrônicas. Bem, a criptografia de chave pública, também conhecida como assimétrica, na verdade se baseia em uma série de algoritmos matemáticos que são considerados muito complexos para se quebrar, especialmente quando se usa uma chave de criptografia de tamanho aceitável como no caso de RSA-2048, ECDSA-256. Novamente, mesmo com uma quantidade massiva de poder computacional convencional, em alguns casos seria necessária uma quantidade de tempo equivalente a idade do nosso universo (não, isso não é uma piada) para garantir que a criptografia fosse quebrada. A computação quântica muda tudo isso! É possível usar algo como o Algoritmo de Shor, que explora a mecânica quântica, para simplificar a fatoração de números em seus componentes principais (números primos), algo essencialmente inviável para computadores comuns quando os números são muito grandes. Mas por que isso importaria? Bem, muitos algoritmos de criptografia assimétrica como, por exemplo, o RSA, são fundamentados na suposição que a fatoração de grandes inteiros é computacionalmente inviável. Até o presente momento, essa suposição se mostrou verdadeira para computadores convencionais, porém um computador quântico hipotético, com uma capacidade de Qubits suficiente, poderia quebrar o RSA e outros algoritmos similares, tornando a criptografia de chave pública em basicamente um controle de segurança inútil. Ironicamente, algoritmos simétricos (os antecessores dos assimétricos, que não servem para proteção de transações eletrônicas por possuir apenas uma única chave) como o AES, ainda poderiam ser considerados seguros, presumindo que usem uma chave de tamanho razoável (e.g. AES 256 ou superior). O futuro da criptografia Presumindo que com mais alguns anos de evolução computadores quânticos devem atingir o ponto onde podem facilmente quebrar a criptografia de chave pública, devemos nos preparar para um mundo onde transações eletrônicas não serão mais seguras? Calma! Não é bem assim! Já existem muitos estudos tratando da criptografia pós-quântica como, por exemplo, a criptografia baseada em reticulados, a criptografia multivariada ou a criptografia baseada em hash, todas são fortes candidatas a garantir a nossa proteção em um mundo pós-quântico. É claro, ninguém sabe quanto tempo vai levar para sanar eventuais vulnerabilidades na criptografia pós-quântica, ou mesmo se/quando o mercado vai confiar nelas para proteção de suas transações. Para concluir Por mais que a computação quântica já seja uma realidade, talvez ainda seja um pouco precoce nos preocuparmos. Essencialmente, o poder computacional quântico necessário para quebrar os algoritmos assimétricos atuais ainda será algo muito caro, que – pelo menos inicialmente – provavelmente ficará restrito aos governos, especialmente aqueles que gostam de espionar os segredos de outras nações-estado. Mesmo assim, não podemos descartar a possibilidade que uma descoberta cientifica nos próximos anos torne a computação quântica algo acessível ao público em geral, nesse caso será necessário dar adeus as velhas práticas, e torcer para que a criptografia pós-quântica também tenha evoluído ao ponto de nos proteger. Fonte

Câmera quântica vira realidade e fotografa o invisível As câmeras quânticas, bem como as chamadas câmeras de fóton único, que também são quânticas, vêm sendo desenvolvidas há vários anos, mas só agora estão-se tornando práticas. [Imagem: Fraunhofer IOF] Fotografia quântica Engenheiros alemães construíram uma câmera ultrassensível que forma as imagens capturando uma luz que nunca entra em contato com o objeto que está sendo fotografado. Ela funciona com base no entrelaçamento quântico - ou emaranhamento -, o mesmo comportamento que está sendo usado nos qubits usados pelos computadores quânticos, e que estabelece que duas partículas de luz, ou fótons, que estejam entrelaçadas, passam a influenciar-se mutuamente, qualquer que seja a distância que as separe. As câmeras atuais funcionam capturando a luz que é refletida pelo objeto que está sendo fotografado ou filmado. Elas funcionam muito bem para a luz visível, mas não são boas em outras frequências ricas em informações sobre os objetos, como a faixa infravermelha (temperatura), ultravioleta ou terahertz. O entrelaçamento quântico entra em cena justamente para permitir fazer imagens desses comprimentos de onda extremos - dito de outra forma, torná-los visíveis. Para isso, o entrelaçamento "acopla" dois comprimentos de onda diferentes, aquele que se deseja coletar, e a luz visível. Câmera fotográfica quântica Em uma configuração conhecida como interferométrica, um feixe de laser é enviado através de um cristal que divide a luz, gerando dois feixes cujos fótons saem entrelaçados. Esses dois feixes podem ter comprimentos de onda muito diferentes, dependendo das propriedades do cristal, mas ainda assim continuarão intrinsecamente conectados um ao outro devido ao fenômeno do entrelaçamento. "Então agora, enquanto um feixe de fótons na faixa infravermelha invisível é enviado ao objeto para iluminação e interação, seu feixe gêmeo no espectro visível é capturado por uma câmera. Como as partículas de luz entrelaçadas carregam a mesma informação, uma imagem é gerada mesmo que a luz que chega à câmera nunca tenha interagido com o objeto real," explica o professor Markus Gräfe, do Instituto de Pesquisa em Óptica e Engenharia de Precisão, na Alemanha. Desta forma, o fóton gêmeo visível fornece todas as informações sobre o que está acontecendo com seu gêmeo invisível conforme ele atinge o objeto - simultaneamente e à distância. "Nós fomos capazes de demonstrar que todo esse complexo processo pode ser realizado de forma robusta, compacta e portátil," disse Grafe. Mas não tão portátil assim, com a equipe afirmando que deseja agora miniaturizar tudo para o tamanho de uma caixa de sapatos. Os experimentos com a fotografia quântica até agora se baseavam em grandes equipamentos, de difícil utilização prática. [Imagem: Universidade de Viena] Observação da vida A captura de imagens na faixa infravermelha e terahertz promete revelar muitas informações que permanecem invisíveis aos olhos dos cientistas. Por exemplo, bio-substâncias como proteínas, lipídios e outros componentes bioquímicos podem ser distinguidos com base em suas vibrações moleculares características. Essas vibrações são estimuladas pela luz na faixa de infravermelho médio a terahertz e são muito difíceis de se detectar com as técnicas convencionais de microscopia ou espectroscopia. Se esses movimentos puderem ser capturados ou induzidos, será possível ver exatamente como certas proteínas, lipídios e outras substâncias estão distribuídas nas amostras de células. Por exemplo, alguns tipos de câncer têm uma concentração característica ou expressão de certas proteínas. Isso significa que a doença pode ser detectada e tratada com mais eficiência. O conhecimento mais preciso da distribuição das bio-substâncias pode trazer grandes avanços também na pesquisa de novos medicamentos. Microscópio de varredura quântico O princípio também pode ser usado na faixa espectral ultravioleta: a luz UV danifica facilmente as células, de forma que amostras vivas são extremamente sensíveis a essa luz, limitando significativamente o tempo disponível para investigar, por exemplo, processos celulares que duram várias horas ou mais. Como menos luz e doses menores de radiação penetram nas células dos tecidos durante a operação da câmera quântica, elas podem ser observadas e analisadas em alta resolução por períodos mais longos sem correr o risco de serem destruídas. Outro passo que a equipe espera dar é criar um microscópio quântico de varredura. Em vez de a imagem ser capturada com uma câmera de campo amplo, ela será digitalizada, semelhante a um microscópio de varredura a laser. Os pesquisadores esperam que isso produza resoluções ainda mais altas de menos de um micrômetro, permitindo o exame de estruturas dentro de células individuais com ainda mais detalhes - as células medem cerca de dez micrômetros, em média. A longo prazo, eles querem ver a imagem quântica integrada nos sistemas de microscopia existentes como uma tecnologia básica, reduzindo assim as barreiras para os usuários do setor industrial. Fonte: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=camera-quantica&id=010110200416#.XqLuMWhKjcs