Bit e qubit
Aula 6 de 23 do curso “Quântica”. Grátis, com animações e teste.
Um bit é um interruptor, um qubit é uma esfera
Um bit comum é um interruptor: 0 ou 1, nada mais. Um qubit é a versão quântica do bit. Antes da medição ele tem duas amplitudes: uma para 0 e outra para 1. É prático desenhá-las como um ponto numa esfera, e não como duas posições. Mas lembre a regra-chave do nível um: medido, o qubit também dá só 0 ou 1. Todo o truque está no que acontece com as amplitudes antes da medição.
A esfera de Bloch
O estado de um qubit pode ser mostrado como uma seta numa esfera, inventada pelo físico Felix Bloch. O polo norte é com certeza 0, o polo sul é com certeza 1. Quanto mais perto de um polo, maior a chance de obtê-lo na medição. No equador é exatamente 50/50. E o giro ao redor do equador, como a longitude num globo, se chama fase. É o sinal da amplitude da aula de superposição. No simulador dá para girar a esfera com botões de portas.
A fase: invisível, mas decisiva
Pegue dois pontos no equador: “mais” e “menos”. Os dois têm 50/50 de 0 e 1, e uma medição direta não os diferencia. Mas são estados diferentes: no “menos”, a amplitude do 1 tem sinal de menos. Se antes de medir você aplicar a porta H, o “mais” vira 0 com certeza e o “menos” vira 1 com certeza. Por isso a fase importa: os algoritmos quânticos escondem a resposta exatamente nesses sinais e depois a revelam com interferência.
Por que é difícil imitar qubits
Para descrever n qubits num computador comum, são precisas 2 elevado a n amplitudes, porque cada combinação de 0 e 1 tem a sua. 10 qubits: 1.024 números, tranquilo. 50 qubits: cerca de um quatrilhão de números, isso já não cabe na memória de um notebook. 300 qubits: mais números que átomos no universo observável. Por isso circuitos quânticos grandes não podem simplesmente ser calculados num supercomputador, e essa é a força deles.
Mas só dá para ler n bits
A armadilha do hype: se lá dentro há um quatrilhão de números, são um quatrilhão de respostas? Não. Meça 50 qubits e você recebe exatamente 50 bits comuns, e todas as amplitudes colapsam. Os físicos até provaram isso como teorema: de n qubits não dá para tirar mais de n bits de informação. Então a força dos qubits não está em guardar. Está em como o algoritmo faz as respostas erradas se anularem, para a certa sair na medição.
O que é um qubit fisicamente?
Um qubit pode ser qualquer coisa com dois estados quânticos claros que dê para isolar e controlar. O circuito supercondutor do Nobel de 2025: Google e IBM constroem sobre ele. Um íon preso por um campo elétrico: Quantinuum e IonQ. Um átomo neutro preso por um feixe de laser: QuEra e Atom Computing. Um fóton: PsiQuantum e Xanadu. Cada opção tem prós e contras; vamos vê-los no nível de hardware.
Teste-se
- Um qubit está no equador da esfera de Bloch. O que a medição vai dar?
Resposta certa: 0 ou 1, mais ou menos igual. O equador é 50/50. Cada medição dá 0 ou 1, e em cem tentativas sai mais ou menos igual. - O que responder a “50 qubits guardam um quatrilhão de respostas”?
Resposta certa: Só dá para ler 50 bits. Descrever 50 qubits exige um quatrilhão de amplitudes, mas a medição dá exatamente 50 bits. É um teorema provado, não um problema temporário. - Qual a diferença entre os estados “mais” e “menos”?
Resposta certa: O sinal da amplitude, a fase. Os dois são 50/50, mas no “menos” a amplitude do 1 tem sinal de menos. A porta H transforma “mais” em 0 e “menos” em 1, então a diferença é real.