Computación Cuántica
Comparto un resumen elaborado en un trabajo práctico durante la cátedra de Prueba y Suficiencia en Computación.
Dicho resumen trata sobre los aportes conceptuales de tres autores de documentos académicos descargados de internet basados en la computación cuántica. Se presentan breves descripciones de conceptos claves (puerta lógica, superposición y qúbit) del tema abordado para obtener a modo de conclusión una idea general sobre dicho paradigma.
Sobre los autores consultados
· Nasser Darwish Miranda es un Físico y Doctor en Ingeniería y Tecnología
Electrónica de la Universidad de Barcelona.
· David Moisés Terán Pérez es Ingeniero Mecánico Electricista egresado de la
Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), con especialidad en Habilidades
Docentes por la Universidad Tecnológica de México (UNITEC).
· Vicente Moret Bonillo es Profesor Titular de la Universidad de A Coruña. Senior
Member, IEEE. Departamento de Computación. Facultad de Informática.
Puerta Lógica
Una puerta lógica binaria es un sistema que a partir de dos entradas (x,y)
devuelve un valor f(x,y) función de ellas. Hay dos bits de entrada, lo que lleva cuatro
combinaciones posibles en la entrada. A cada una de esas cuatro combinaciones
puede responderse con un cero o con un uno. Esto lleva a 16 posibles funciones:
Tabla 1: Todas las posibles funciones combinacionales para entrada binaria.
1. Cada qubit puede prepararse en un estado conocido |0>
2. Los qubits pueden medirse en la base {|0>,|1>}
3. Sobre cualquier subconjunto de qubits de tamaño fijo podemos aplicar una o un
conjunto de puertas universales.
4. Los qubits sólo evolucionarán de la manera prevista en las puertas.
Superposición coherente
La computación cuántica surge en 1981 con Paul Benioff en su teoría para
introducir las leyes cuánticas en el campo de la computación. Mientras en un
computador clásico se trabaja a nivel de voltajes eléctricos, en un computador cuántico
se trabaja a nivel de cuantos. En la computación digital, un bit sólo tiene dos valores:
“0” o “1” lógicos. En cuanto a la computación cuántica, donde interceden las leyes de la
mecánica cuántica, y la partícula tiene la propiedad de la superposición coherente,
puede tener valores “0”, “1” y también puede ser un “0” y un “1” a la vez (dos estados
ortogonales de una partícula subatómica). Eso permite que se puedan realizar varias
operaciones a la vez, según el número de qubits.
En una computadora cuántica la unidad mínima de información es el qubit, un
estado entrelazado, mezcla de los dos estados a la vez, de forma coherente. La
potencia de la computación cuántica se basa en la coherencia o superposición
que permite un efecto de paralelismo. Se colocan todos los qubits de entrada en
una superposición coherente de ceros y unos. Si se hace pasar esta entrada a través de un circuito lógico que ejecute un determinado cómputo, el resultado es una
superposición de todos los posibles resultados de ese cómputo: la computadora
efectúa a la vez todos los cómputos posibles.
El Qúbit
Un qubit (del inglés quantum bit) es un sistema cuántico con dos estados propios y que puede ser manipulado arbitrariamente. Sólo puede ser descrito correctamente mediante la mecánica cuántica, y solamente tiene dos estados bien distinguibles. También se entiende por qubit la información que contiene ese sistema cuántico de dos estados posibles. Es un concepto fundamental para la computación cuántica y para la criptografía cuántica, el análogo cuántico del bit en informática. Hay operaciones lógicas, por ejemplo, que son posibles en un qubit y no en un bit.En la práctica, se han preparado diferentes sistemas físicos que, en ciertas condiciones, pueden describirse como qubits o conjuntos de qubits.Los sistemas pueden ser de tamaño macroscópico -como una muestra de resonancia magnética nuclear o un circuito superconductor-, o microscópico -como unconjunto de iones suspendidos mediante campos eléctricos o los defectos cristalográficos en el diamante-. Matemáticamente, un qubit puede describirse como un vector de módulo unidad en un espacio vectorial complejo bidimensional. Los dos estados básicos de un qubit son |0〉 y |1〉, que corresponden al 0 y 1 del bit clásico (se pronuncian: ket cero y ket uno). Pero además, el qubit puede encontrarse en un estado de superposición cuántica, que es combinación de esos dos estados:
La Criptografía Cuántica
La criptografía cuántica se basa en el uso del entrelazamiento cuántico como clave de codificación vinculante. Un mensaje se
puede codificar al azar y el único código para desentrañarlo se envía al receptor a través de conexiones de entrelazamientos
cuánticos. Esto tiene la ventaja de que si el mensaje es interceptado, cualquier medición arruina el mensaje (cambiando su
estado cuántico), de modo que éste sólo se puede utilizar una vez y sólo puede ser leído por alguien que conozca exactamente las
mediciones cuánticas que hay que llevar a cabo para desvelarlo a través de la clave.
Características:
Los valores representados por un qubit son de naturaleza continua.
El paralelismo cuántico (posibilidad de representar simultáneamente los valores 0 y
1). Los algoritmos cuánticos que operan sobre estados de superposición realizan
simultáneamente las operaciones sobre todas las combinaciones de las entradas. En
este "paralelismo cuántico" reside la potencia del cómputo cuántico.
Múltiples qubits pueden presentarse en un estado de entrelazamiento cuántico. El
entrelazamiento es una característica no local que permite que un sistema de qubits se
exprese con una correlación más alta que la posible en sistemas clásicos.
Un sistema de dos qubits entrelazados no puede descomponerse en factores
independientes para cada uno de los qubits. Este estado puede utilizarse para realizar la
teleportación cuántica.
Cualquier sistema cuántico de dos niveles se puede utilizar para representar un
qubit. Los sistemas de niveles múltiples es posible utilizar si poseen dos estados que se
puedan desemparejar con eficacia del resto (por ejemplo, el estado de tierra y el primer
estado excitado de un oscilador no lineal). Además, distintas implementaciones de qubits
podrían emplearse juntas para construir un computador cuántico, de la misma forma que
se hace en la computación clásica, en donde un bit puede representarse mediante el
estado de un transistor en una memoria, por el estado de magnetización de un disco
duro o por la transmisión de corriente en un cable.
Conclusión
Podemos, de acuerdo a lo analizado, definir la computación cuántica como un
paradigma de la computación que difiere de la concepción clásica tanto en su esencia
informática como en términos físicos.
La unidad mínima de información se mide en qúbit que pueden estar en dos estados
simultáneamente lo que da lugar a nuevas puertas lógicas {|0>,|1>}.que hacen posible
nuevos algoritmos. Este fenómeno en Física Cuántica se conoce como Principio de
Superposición que con la acción del entrelazamiento y el paralelismo cuántico de qúbits
permite la transmisión de la información y su procesamiento de forma no local y con
mayor eficiencia.
Bibliografía
🔱Darwish Miranda, Nasser. (2001). Computación Cuántica. Recuperado el 09/09/2023. (webgrafìa)
🔱Terán Pérez, David Moises. (2012). Introducción a la Computación Cuántica para Ingenieros. Recuperado el 09/09/2023.
🔱Moret Bonillo, Vicente.(2013). Principios Fundamentales de Computación Cuántica. Recuperado
el 09/09/2023. (webgrafìa).
Es muy interesante y de gran ayuda para los estudiantes de Computacion Cuantica ya que los conocimientos publicados son herramientas de estudio.
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