Mecânica Quântica na Computação Clássica
O Computador Clássico
Como funciona um computador?! Você provavelmente ja se perguntou isso inúmeras vezes! Se não, hoje veremos como um computador convencional (computador clássico) funciona. E depois faremos um paralelo do seu funcionamento com a Física.
Como não é surpresa para ninguém um computador não funciona sem energia elétrica. Este é o ponto principal de toda a computação, corrente elétrica, circuitos e consequentemente estamos mexendo com elétrons! Sim este bendito vai aparecer novamente no nosso tema rs.
A estrutura de um computador comum, principalmente os chamados "Desktops" (computadores de mesa) têm normalmente o gabinete, monitor, teclados e mouse, como mostrado abaixo:
O que queremos explorar em mais detalhes estará no componente chamado "Gabinete", onde fica a CPU que traduzido do inglês significa (Unidade Central de Processamento), ou seja, onde fica o processador. E o que é um processador?? O processador é uma das componentes mais importantes do computador, sem ele não se faria simplesmente nada, apenas um pedaço de metal à sua frente.
Podemos ver o processador como o "cérebro"do computador, ele fica responsável em processar todo e qualquer tipo de informação necessário a pedido do usuário, desde a clicar na tecla, o mover do mouse sobre a mesa, até formar a imagem em seu monitor tudo isso o processador fica responsável em fazer em uma fração de segundos e milissegundos. Um exemplo legal para entendermos vejamos o vídeo abaixo:
HAHAHA! De forma bem lúdica, sim o processador faz TUDO! TUDO para fazer as coisas funcionarem dentro do computador.
A questão é como ele faz isso? O processador nada mais é que uma calculadora! E a velocidade com que ele faz estes cálculos esta relacionado com o chamado "Clock"que em outras palavras podemos traduzir ao pé da letra como "contador/contagem".
Então se você, quando vai comprar um computador em uma loja e lê ou o vendedor te diz que o processador de tal computador tem 1.2GHz ou 2.5GHz o que ele esta dizendo na verdade é a capacidade deste processador de fazer cálculos, em outras palavras, 1.2 GHz = 1.200.000.000, ou seja, 1bilhão e 200 milhões de cálculos por segundo), ou como o 2.5GHz (2 bilhões e 500 milhões de cálculos por segundo) quanto maior for o número em Hz (Hertz) maior vai ser a velocidade de cálculo do processador, consequentemente uma máquina bem rápida em realizar tarefas.
Ai você ja deve estar se perguntando... "Processador é uma calculadora?Mas hein?!?". Isso mesmo! A diferença é que o processador faz um cálculo diferente do que você provavelmente esteja imaginando. Ele foi projetado para fazer o chamado de cálculo binário, ou seja, ele contabiliza uma sequência numérica de 0's e 1's (Zeros e Uns). Como assim?!
Cada função ou ação que venhamos fazer em nosso computador, celular, tablets tudo que envolva um processador vai haver esses cálculos binários, e a forma que eles funcionam é o seguinte.
Suponhamos que queremos escrever um texto no nosso aparelho, quando apertamos uma tecla ou movimentamos o mouse, qualquer ação que seja, essa informação é passada como uma sequência numérica para o processador em forma de corrente elétrica em fração de segundos, quando há corrente o processador interpreta como 1(um) e quando não há ele interpreta como 0 (zero).
Então por exemplo, apertamos a letra A no teclado, e como nada no computador não roda sem um software (um programa) principalmente o programa base para fazer rodar tudo e mediar a interação do processador com o usuário que é o SO (Sistema Operacional) , nele ja esta contido que quando se apertar A , a sequência numérica que deve ser gerada para o processador seria por exemplo: 01101001
Isso para nós não tem um significado claro, mas para o processador sim! É exatamente isso que o software faz, ele pega uma ação ou comando nosso envia para o processador, e essa sequência de números alternados de 0 e 1 como por exemplo dado anteriormente, o processador vai entender como A , e em questão de milésimos de segundos ele faz os cálculos e vai retornar para o software de texto (Word, Notepad, etc.) que a ação feita pelo usuário(você) foi de apertar a letra A.
Sim! Acho que com este exemplo ja deu para imaginar a complexidade e importância do processador nos eletrônicos. Mas a intenção aqui não é te fazer entender em detalhes como um computador funciona, na verdade não é simplesmente só o processador que faz tudo isso, existe claro vários outros componentes nos quais mediam toda esta complexidade que nossas máquinas fazem, sem se quer preocuparmos com tudo isso que acontece dentro destes cascos de metal e plástico rs. Como de costume abaixo estará um vídeo explicando o que é o código binário, apenas de curiosidade! Nele também haverá algumas informações interessantes e omitidas na explicação aqui, então fique atento :)
Ta! Legal! Mas o que a Mecânica Quântica tem a ver com isso? O Eletromagnetismo também estuda correntes, circuitos e elétrons. Somente esta teoria não daria conta de criar um processador? A resposta simples e curta é NÃO!
A Mecânica Quântica ja entra na questão fundamental da criação de qualquer tipo de eletrônico, o material que é feito. Não é simplesmente uma placa qualquer que se coloca ligando fios e causando descargas elétricas, é um material específico no qual não é nem um condutor nem um isolante, é um semi-condutor. Não simplesmente o material em si, mas até a geometria e forma das componentes são arquitetadas atomicamente para que haja a melhor eficiência no processamento. Para conseguirmos entender melhor visualmente o que explicamos temos o vídeo a seguir: OBS - Ative a legenda!
Entendendo agora o funcionamento básico de um computador, conseguimos seguir adiante com um assunto similar, mas como de costume com regras diferenciadas e um novo conceito que trataremos no tópico a seguir.
A questão é que, com o avanço do conhecimento científico, praticamente tudo o que temos a nossa volta hoje teve influência destas novas descobertas. Com relação a computação que não é da época antes dos anos 2000 provavelmente não faz ideia de como se usava um disquete, uma fita cassete, dentre outras bugigangas que tínhamos para armazenar e processar a informação comparado com o que se tem hoje.
É evidente que a medida que os anos se passam a capacidade das máquinas ao nosso redor tem aumentado significativamente em poder e estão ficando cada vez menor em seu tamanho fisico, como ja foi previsto por Gordon Earle Moore, um dos fundadores da empresa de processadores, a Intel. No qual ele criou uma lei em seu nome, Lei de Moore.
A Lei de Moore se tornou tão importante que ela não é usada apenas como uma meta a ser buscada e batida a cada ano, mas também como um meio para se verificar se a indústria está evoluindo na velocidade esperada. Apesar de Moore está muito correto em suas previsões, todos sabem, inclusive ele próprio, que esse crescimento não vai durar para sempre. Os transistores hoje estão na escala de 25 nanometros. Essa é a mesma escala de alguns vírus e bactérias.
Reduzir mais do que isso está se tornando cada vez mais difícil. Pesquisadores e cientistas buscam outras formas de fazer com que os computadores continuem evoluindo em sua velocidade e reduzindo seu tamanho. Alguns pensam na substituição de transistores de Silício por outros materiais, como Grafeno.
Uma das alternativas que os estudiosos da área têm pensado para o futuro da computação é o Computador Quântico que falaremos no próximo tópico e os Bio Computadores.