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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE INFORMÁTICA

PPGC – PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM COMPUTAÇÃO

CMP 135 Arquiteturas Especiais de Computadores
Prof. Philipe Navaux

Computação Quântica
Francisco José Prates Alegretti MC083/2004

Computação Quântica
Francisco José Prates Alegretti 1. INTRODUÇÃO Este texto contém reflexões sobre Computação Clássica e ComputaçãoQuântica. É feita uma análise sobre os computadores que possuímos atualmente, as suas limitações e as possibilidades para o futuro. São apresentados alguns conceitos básicos sobre a Arquitetura de Von Neumann e a Computação Quântica. O enfoque do texto é sobre a significância desses conceitos e as conseqüências que eles implicam na Ciência da Computação.

2. COMPUTAÇÃO CLÁSSICA O computador tal qual oconhecemos atualmente é baseado na arquitetura de Von Neumann. Um computador de Von Neumann faz uma distinção clara entre elementos de processamento e armazenamento de informações, isto é, possui processador e memória separados por um barramento de comunicação. Mais especificamente, destaca-se duas características em particular sobre um computador de Von Neumann: a organização da memória e ométodo de processamento. As palavras de memória podem conter tanto instruções como dados. O processamento, por sua vez, é seqüencial, podendo conter desvios condicionais ou incondicionais. O reflexo dessas características nos computadores que temos na prática é a existência do program counter (que é incrementado a cada instrução) e da memória principal (que contém os programas executáveis e seusarquivos de dados). Essas são as duas características mais importantes da arquitetura de Von Neumann; elas definem não apenas o computador em si, mas tudo o que está associado com ele, ou seja, desde os algoritmos que são elaborados até a eficiência com que conseguimos resolver determinados problemas. Para ilustrar melhor a importância dessas características da arquitetura de Von Neumann, considere oexemplo a seguir. Quando um programador implementa um software, computacionalmente, ele está escrevendo um algoritmo para solucionar determinado problema. A forma como a maioria dos programadores pensa e imagina essa solução é de forma seqüencial, não apenas porque pensamos de forma seqüencial, mas porque os computadores que construímos e utilizamos há cinqüenta anos também trabalham de formaseqüencial. A programação (estruturada, lógica ou funcional) e o processamento seqüencial são conseqüências diretas da arquitetura de Von Neumann. Mesmo novos paradigmas de programação, como a Orientação a Objetos, ainda estão restritos a Von Neumann. Essa forma de organizar o computador, apesar de impor algumas restrições, é extremamente eficiente para a maioria das aplicações de um computador moderno.Provavelmente não existe forma melhor de realizar cálculos matemáticos, editar textos, armazenar bancos de dados ou acessar a Internet; um computador de Von Neumann é a melhor máquina para executar essas tarefas. Entretanto, para algumas áreas específicas, como a Inteligência Artificial por exemplo, talvez seja necessário um novo instrumento

computacional. De fato, os programas de InteligênciaArtificial mais avançados do mundo estão muito longe de alcançar algo semelhante à inteligência humana. Entretanto, a culpa por não se conseguir uma inteligência artificial de alto nível não pode ser atribuída somente ao hardware. O problema da IA pode ser tanto de software como de hardware. Não se pode afirmar que não existem programas ou máquinas inteligentes porque os computadores atuais nãotêm potência ou velocidade de processamento suficientes para suportar uma IA avançada. O problema pode ser a nossa falta de conhecimento (ou criatividade) para elaborar os algoritmos necessários. Assim, os processadores atuais podem ser até mais que suficientes para executar uma inteligência artificial ao nível da inteligência humana; nós é que não sabemos ainda como implementar os algoritmos....
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