Interpretando o algoritmo de Deutsch no interferômetro de Mach-Zehnder

Abstract

A Computação Quântica é uma área de pesquisa relativamente recente, que vem sendo desenvolvida nos últimos 20 anos, e que faz uso dos fundamentos da Ciência da Computação e da Física Quântica. Dois são os fenômenos quânticos em que se baseia a Computação Quântica: superposição e interferência. Neste trabalho, destacaremos o papel da interferência na solução do problema proposto por Deutsch, o qual consiste em saber se uma dada função é constante ou balanceada, calculando a função apenas uma vez. Figurativamente, isto equivale a saber se uma moeda é honesta ou viciada (duas faces iguais) olhando-a uma única vez. A solução de Deutsch (algoritmo) é, com freqüência, explicada de forma abstrata e com auxílio de circuitos. Contudo, embora eficiente para expressar a "lógica'' e facilitar o desenvolvimento de algoritmos quânticos, esta abordagem não deixa transparecer e facilmente apreender os fenômenos físicos subjacentes. Neste trabalho mostramos didaticamente como o interferômetro de Mach-Zehnder implementa o algoritmo de Deutsch, destacando desta forma a importância da interferência na realização de algoritmos quânticos.Quantum Computation is a relatively new research area, which has been in development in the past 20 years, and which makes use of the fundamentals of Computer Science and Quantum Physics. Two are the quantum phenomena in which Quantum Computation is based: superposition and interference. In this work, we will highlight the role of interference in the solution of the problem proposed by Deutsch, which consists of knowing if a given function is constant or balanced, executing the function only once. Figuratively, this is the same as knowing if a coin is honest or faked (two equal faces) looking only once. Deutsch's solution (algorithm) is frequently explained in an abstract manner and with the help of circuits. However, although efficient to express the "logics" and facilitate the development of quantum algorithms, that approach does not make it clear and easy to realize the underlying physical phenomena. In this work, we show, in a didatic way, how the Mach-Zehnder interferometer implements Deutsch's algorithm, thus highlighting the importance of interference in the realization of quantum algorithms.