La computación cuántica
es el resultado que se obtiene de la convergencia de la mecánica
cuántica y la computación. La computación cuántica es una forma de procesar la
información automática, posibilitada por propiedades exclusivas de la mecánica
cuántica tales como la superposición de estados (que origina el denominado
paralelismo cuántico) y la existencia de correlaciones sin análogo clásico
(entrelazamiento y correlaciones cuánticas).
La computación
cuántica es una forma de computación que se basa en el uso de qubits en
lugar de bits, y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos
algoritmos.
Una misma tarea puede
tener diferente complejidad en computación clásica y en computación
cuántica, lo que ha dado lugar a una gran expectación, ya que algunos problemas
intratables pasan a ser tratables. Mientras que un computador clásico equivale
a una máquina de turing, un computador cuántico equivale a una máquina de turing cuántica.
Historia de la computación cuántica
La idea de computación cuántica surge en 1981, cuando Paul Benioff expuso su teoría para aprovechar las leyes cuánticas en el entorno de la computación. En vez de trabajar a nivel de voltajes eléctricos, se trabaja a nivel de cuanto. En la computación digital, un bit sólo puede tomar dos valores: 0 o 1. En cambio, en la computación cuántica, intervienen las leyes de la mecánica cuántica, y la partícula puede estar en superposición coherente: puede ser 0, 1 y puede ser 0 y 1 a la vez.
La información completa sobre la historia de la computación cuántica la podrás ver desde el siguiente link: Historia de la computación cuántica.
Fundamentos de la computación cuántica
Los fundamentos principales de la computación cuántica son los qubit, que se basan en elementos cuánticos, como átomos fríos, iones o fotones, que por su naturaleza pueden estar en superposición, que consiste en que éste puede adoptar un estado de 0 y de 1, pero también puede tener ambos estados al mismo tiempo. Gracias a ello, son capaces de probar a la vez todas las soluciones que existen para un problema.
Historia de la computación cuántica
La idea de computación cuántica surge en 1981, cuando Paul Benioff expuso su teoría para aprovechar las leyes cuánticas en el entorno de la computación. En vez de trabajar a nivel de voltajes eléctricos, se trabaja a nivel de cuanto. En la computación digital, un bit sólo puede tomar dos valores: 0 o 1. En cambio, en la computación cuántica, intervienen las leyes de la mecánica cuántica, y la partícula puede estar en superposición coherente: puede ser 0, 1 y puede ser 0 y 1 a la vez.
La información completa sobre la historia de la computación cuántica la podrás ver desde el siguiente link: Historia de la computación cuántica.
Fundamentos de la computación cuántica
Los fundamentos principales de la computación cuántica son los qubit, que se basan en elementos cuánticos, como átomos fríos, iones o fotones, que por su naturaleza pueden estar en superposición, que consiste en que éste puede adoptar un estado de 0 y de 1, pero también puede tener ambos estados al mismo tiempo. Gracias a ello, son capaces de probar a la vez todas las soluciones que existen para un problema.
Pero además de poder
adoptar varios estados simultáneamente, cuentan con otra particularidad:
el entrelazamiento atómico. Gracias a esto, un átomo puede transmitir
determinadas propiedades a otro sin que haya nada de por medio. Esto nos
permite crear una red de átomos que funcionen de forma armónica.
Los bits, por el
contrario, son binarios y sólo pueden estar encendidos o apagados. En cambio,
los qubits pueden combinar varios estados a la vez.
Esta habilidad es lo que
le permite a una computadora cuántica realizar gran cantidad de cálculos en
simultáneo.
Dado que un qubit es
capaz de procesar mucha más información que un bit, la potencia de procesado
con respecto a los sistemas actuales se incrementa exponencialmente. ¿Qué nos
permitirá esto? Resolver en unos segundas tareas para las que un ordenador
normal tardaría años.
Obstáculos de la computación cuántica
Uno de los obstáculos principales para la computación cuántica es el problema de la decoherencia cuántica, que causa la pérdida del carácter unitario (y, más específicamente, la reversibilidad) de los pasos del algoritmo cuántico. Los tiempos de decoherencia para los sistemas candidatos, en particular el tiempo de relajación transversal (en la terminología usada en la tecnología de resonancia magnética nuclear e imaginería por resonancia magnética) está típicamente entre nanosegundos y segundos, a temperaturas bajas.
Obstáculos de la computación cuántica
Uno de los obstáculos principales para la computación cuántica es el problema de la decoherencia cuántica, que causa la pérdida del carácter unitario (y, más específicamente, la reversibilidad) de los pasos del algoritmo cuántico. Los tiempos de decoherencia para los sistemas candidatos, en particular el tiempo de relajación transversal (en la terminología usada en la tecnología de resonancia magnética nuclear e imaginería por resonancia magnética) está típicamente entre nanosegundos y segundos, a temperaturas bajas.
Otro de los problemas
principales es la escalabilidad, especialmente teniendo en cuenta el
considerable incremento en cúbits necesarios para cualquier cálculo que implica
la corrección de errores.
Hardware de la computación cuántica
Hardware de la computación cuántica
Las condiciones que debe
cumplir el hardware de la computación cuántica son las siguientes:
- El sistema ha de poder
inicializarse, esto es, llevarse a un estado de partida conocido y controlado.
- Ha de ser posible hacer
manipulaciones a los cúbits de forma controlada, con un conjunto de operaciones
que forme un conjunto universal de puertas lógicas (para poder reproducir cualquier otra puerta
lógica posible).
- El sistema ha de mantener
su coherencia cuántica a lo largo del
experimento.
- Ha de poder leerse el
estado final del sistema, tras el cálculo.
- El sistema ha de ser
escalable: tiene que haber una forma definida de aumentar el número de cúbits,
para tratar con problemas de mayor coste computacional.
Software de la computación cuántica
El software de la computación cuántica se basa en algoritmos cuánticos. Los algoritmos cuánticos se basan en un margen de error conocido en las operaciones de base y trabajan reduciendo el margen de error a niveles exponencialmente pequeños, comparables al nivel de error de las máquinas actuales.
La computación cuántica se podría emplear para la comunicación, ya que permitiría codificar la información de manera más segura. También se podría utilizar para simular reacciones químicas y así producir grandes desarrollos para la ciencia y la medicina.
Conclusión
Las aplicaciones de la física cuántica, tanto a nivel informático como criptográfico, están llamadas a cambiar el mundo que nos rodea en la próxima década. El trabajo de científicos como Juan Ignacio Cirac, cuyo nombre ha sonado varias veces para el Premio Nobel de Física, revolucionará la forma en la que nos comunicamos o estudiamos el desarrollo de medicamentos, nuevos materiales o el cambio climático. Un futuro esperanzador, sin duda, en el que la computación cuántica será imprescindible.
Software de la computación cuántica
El software de la computación cuántica se basa en algoritmos cuánticos. Los algoritmos cuánticos se basan en un margen de error conocido en las operaciones de base y trabajan reduciendo el margen de error a niveles exponencialmente pequeños, comparables al nivel de error de las máquinas actuales.
La computación cuántica se podría emplear para la comunicación, ya que permitiría codificar la información de manera más segura. También se podría utilizar para simular reacciones químicas y así producir grandes desarrollos para la ciencia y la medicina.
Conclusión
Las aplicaciones de la física cuántica, tanto a nivel informático como criptográfico, están llamadas a cambiar el mundo que nos rodea en la próxima década. El trabajo de científicos como Juan Ignacio Cirac, cuyo nombre ha sonado varias veces para el Premio Nobel de Física, revolucionará la forma en la que nos comunicamos o estudiamos el desarrollo de medicamentos, nuevos materiales o el cambio climático. Un futuro esperanzador, sin duda, en el que la computación cuántica será imprescindible.
