Computador Óptico

Computador Óptico

--Futuro dos computadores--

*Pequeno resumo do livro Visões do Futuro de Michio Kaku*

Computadores Ópticos

Imagine como seria Nova Iorque ou Los Angeles se os carros pudessem atravessar diretamente uns por dentro dos outros. Congestionamentos de transito e engavetamentos deixariam de existir. Dirigir na hora do "rush" se tornaria um prazer e não mais uma tortura medieval. Esse é o potencial dos computadores ópticos, em que feixes de luz poderão afinal se cruzar num cubo óptico, transportando informação digital. Essas mensagens ópticas seriam também incrivelmente rápidas, deslocando-se com a velocidade da luz. E o fato de gerarem menos calor resolve um dos persistentes problemas dos microchips cúbicos.

Em 1990, os cientistas do Bell Labs, onde o transistor original foi inventado, criaram o primeiro protótipo de computador óptico, que eliminou fios e transistores em favor de lentes, espelhos e feixes de laser. A chave para a construção do computador óptico é encontrar a contrapartida óptica do transistor, o cerne de qualquer CPU.

O transistor é simplesmente a válvula que regula o fluxo de elétrons e os cientistas do Bell Labs, criaram um transistor óptico que regula o fluxo da luz. Ele funciona segundo o mesmo principio de sinalização utilizado pelas marinhas do mundo inteiro, emitindo pulsos de feixes de luz pelo rápido encobrimento e descobrimento de uma lâmpada forte. O transistor óptico é chamado "S-Seed"(symmetric self electro optic effect) e funciona com base na simples propriedade da luz de poder ou não passar por um filtro.

Quando uma voltagem é aplicada ao S-Seed, o filtro se torna transparente e a luz laser o atravessa. Isso equivale a 1 em código binário. Mas se outro feixe de laser for dirigido para a mesma chave, o S-Seed se torna opaco e barra o feixe de laser principal. Isso equivale a 0 em código binário. Assim é possível gerar uma mensagem binária de 1e 0 num feixe de laser.

O computador óptico original era embaraçosamente tosco. Enquanto microchips de silício tem milhões de transistores gravados numa plaqueta de silício do tamanho de uma unha, o primeiro computador óptico tinha apenas 128 transistores sobre um tampo de mesa de cerca de 90 cm de lado. Mas devemos lembrar que os computadores eletrônicos originais de John von Neumann enchiam cômodos inteiros com tubos de vácuo...

Computadores de DNA

Umas das mais originais e inesperadas descobertas dos últimos anos é o computador de DNA, cujo desempenho em difíceis problemas matemáticos poderá superar o dos computadores de silício. O computador de DNA representa o poder combinado das revoluções biomolécular e computacional. Cientistas da "University of Southern California", mostraram que mesmo um minúsculo tubo de ensaio de DNA pode resolver problemas que deixariam um supercomputador "engasgado".

Moléculas de DNA são o material ideal para um computador molecular. são eficientes e compactas, constituindo apenas 0,3% do volume do núcleo da célula. E o DNA acumula mais de 100 trilhões de vezes a informação armazenada nos atuais aparelhos sofisticados de computação. Num computador de DNA, um numero astronômico de moléculas armazenadas num tubo de ensaio típico
(cerca de 10^10 moléculas) pode estar efetuando cálculos ao mesmo tempo.

Embora sejam muito rápidos, computadores de chip de silício calculam um numero por vez e geram grande quantidade de calor. Computadores de DNA, por outro lado, embora mais lentos, podem calcular simultaneamente um numero astronômico de moléculas e são bilhões de vezes mais eficientes do ponto de vista energético.

Uma importante similaridade entre o computador de silício e o de DNA é que ambos são digitais, ambos se baseiam em informação. No caso dos computadores atuais, essa informação é codificada binariamente, seguindo uma serie de zeros e uns, no caso do DNA, o código é escrito em quatro símbolos, A,T,C,G, que correspondem aos quatro ácidos nucléicos que o compõe.

Como o código do DNA é digital, a informação pode ser manipulada de forma muito parecida com a que tem lugar numa maquina de Turing. Uma maquina de Turing recebe um código introduzido, consistindo em uma seqüência binária, como 101100011100, e executa quatro operações para produzir um resultado. Pode-se transformar 1 num 0, ou 0 num 1, mover um passo atráz ou a frente na fita. Todos os computadores digitais seriais, por mais rápidos ou complicados que sejam, podem ser reduzidos a uma humilde maquina de Turing.

De maneira semelhante, a molécula de DNA consiste em uma serie de ácidos nucléicos dispostos como AACCGTTCCC. E possível converter isso em binários-padrão. Por exemplo, pode-se estabelecer que ATTCG=1, TCGGA=0, GATTC=1. Usando uma serie de processos químicos complexos, isto e, usando enzimas de restrição para cortar DNA e a reação em cadeia polimerase para reproduzir seqüências de DNA, é possível reproduzir passo por passo, todas as operações de uma maquina de Turing. Sendo que meio quilo de moléculas de DNA (suspensas em mil litros de liquido, que ocuparia cerca de um metro cúbico) poderia armazenar mais memória que todos os computadores já fabricados. Teria cem trilhões de vezes a capacidade do cérebro humano. Alem disso, meros 28 gramas de DNA poderiam ser cem mil vezes mais rápidos que o supercomputador mais rápido dos EUA.

Computadores Quânticos

Em principio, um computador quântico seria um aparelho simples. Normalmente, uma maquina de Turing processa uma seria de bits, dados por 1 ou 0, escritos numa fita. Um computador quântico substitui essa fita por uma seqüência de átomos. Suponha que os átomos na ordenação estejam girando como piões, arranjados de tal modo que o eixo que o giro possa apontar, seja para "cima", seja para "baixo". Os cientistas consideram que o átomo pode existir em dois estados, com o spin para cima ou para baixo. Isto nos da um conveniente código binário: 0=spin para baixo, 1=spin para cima. Esse bit quântico é chamado de "qubit".

O cerne da computação quântica esta nos qubits, que são completamente diferentes dos bits. Numa maquina de Turing, um bit é 1 ou 0. não ha intermediário. Num computador quântico, em contrapartida, o spin do átomo não é na verdade bem definido, podendo existir realmente como a soma de um estado de spin para cima e de um estado de spin para baixo. Assim um qubit não é nem 1 nem 0, mas a superposição de ambos.

Quando um fóton de luz é "jogado" nessa estrutura, o fóton, ao bater nos átomos e ricochetear, pode modificar a orientação do spin, fazendo-o passar de 1 para 0 ou de 0 para 1. Um dos problemas para a construção de um computador quântico é que, a mais ínfima impureza ou contaminação vinda do mundo externo poderia perturbar o seu funcionamento. O computador teria de estar isolado de todas as interações possíveis com o "exterior", o que é muito difícil. Em principio, se apenas um feixe de luz penetrasse nesse dispositivo, poderia afetar seus cálculos e seu funcionamento...

Texto extraído da tese de Daniel B. Cid (sinistrow)