Computación cuántica
octubre 26, 2024
¿Qué es la computación cuántica?
La computación cuántica es un campo multidisciplinario que aúna aspectos de ciencias de la computación, física y matemáticas y utiliza mecánicas cuánticas para resolver problemas complejos más rápido que las computadoras clásicas. El campo de la computación cuántica incluye investigación de hardware y desarrollo de aplicaciones. Las computadoras cuánticas son capaces de resolver ciertos tipos de problemas más rápido que las computadoras clásicas, ya que sacan partido de los efectos de la mecánica cuántica, como la superposición y la interferencia cuántica. Algunas aplicaciones en las que las computadoras cuánticas pueden brindar dicho impulso de velocidad son el machine learning (ML), la optimización y la simulación de sistemas físicos. Entre los casos de uso eventuales se incluyen la optimización de la cartera en finanzas o la simulación de sistemas químicos; en definitiva, la solución de problemas que actualmente no pueden abordar ni las supercomputadoras más potentes del mercado.
¿Cuál es la ventaja de la computación cuántica?
Actualmente, ninguna computadora cuántica puede realizar una tarea útil de manera más rápida, económica o eficiente que una computadora clásica. La ventaja cuántica es el umbral en el que hemos construido un sistema cuántico que puede realizar operaciones que la mejor computadora cuántica posible no puede simular en ningún tipo de tiempo razonable.
¿Qué es la mecánica cuántica?
La mecánica cuántica es el área de la física que estudia el comportamiento de las partículas en un ámbito microscópico. A niveles subatómicos, las ecuaciones que describen cómo se comportan las partículas son diferentes de las que describen el mundo macroscópico que nos rodea. Las computadoras cuánticas aprovechan estos comportamientos para realizar cálculos de una forma completamente nueva.
¿Qué es un cúbit?
Los bits cuánticos, o cúbits, están representados por partículas cuánticas. La manipulación de cúbits por dispositivos de control es el núcleo del poder de procesamiento de una computadora cuántica. Los cúbits en las computadoras cuánticas son análogos a los bits en las computadoras clásicas. En esencia, el procesador de una máquina clásica hace todo su trabajo manipulando bits. De manera similar, el procesador cuántico hace todo su trabajo procesando cúbits.
¿En qué se diferencian los cúbits de los bits clásicos?
En la computación clásica, un bit es una señal electrónica que está encendida o apagada. El valor del bit clásico puede ser uno (encendido) o cero (apagado). Sin embargo, debido a que el cúbit se basa en las leyes de la mecánica cuántica, se puede colocar en una superposición de estados.
¿Cuáles son los principios de la computación cuántica?
Una computadora cuántica funciona usando principios cuánticos. Los principios cuánticos requieren un nuevo diccionario de términos para comprenderlos por completo, términos que incluyen superposición, entrelazamiento y decoherencia. Vamos a entender estos principios a continuación.
Superposición
La superposición establece que, al igual que las ondas en la física clásica, puede agregar dos o más estados cuánticos y el resultado será otro estado cuántico válido. Por el contrario, también puede representar cada estado cuántico como una suma de dos o más estados distintos. Esta superposición de cúbits le da a las computadoras cuánticas su paralelismo inherente, permitiéndoles procesar millones de operaciones simultáneamente.
Entrelazamiento
El entrelazamiento cuántico ocurre cuando dos sistemas se vinculan tan estrechamente que el conocimiento sobre uno le brinda un conocimiento inmediato sobre el otro, sin importar cuán separados estén. Los procesadores cuánticos pueden sacar conclusiones sobre una partícula midiendo otra. Por ejemplo, pueden determinar que si un bit gira hacia arriba, el otro siempre girará hacia abajo y viceversa. El entrelazamiento cuántico permite que las computadoras cuánticas resuelvan problemas complejos más rápido.
Cuando se mide un estado cuántico, la función de onda colapsa y el estado se mide como cero o como uno. En este estado conocido o determinista, el bit actúa como un bit clásico. El entrelazamiento es la capacidad de los cúbits para correlacionar su estado con otros cúbits.
Decoherencia
La decoherencia es la pérdida del estado cuántico en un bit. Los factores ambientales, como la radiación, pueden provocar el colapso del estado cuántico de los cúbits. Un gran desafío de ingeniería en la construcción de una computadora cuántica es diseñar las diversas características que intentan retrasar la decoherencia del estado, como la construcción de estructuras especiales que protegen los cúbits de los campos externos.
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