Que es la computacion cuantica

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Los ordenadores cuánticos, como habrán oído, son mágicas ubermáquinas que pronto curarán el cáncer y el calentamiento global probando todas las respuestas posibles en diferentes universos paralelos. Durante 15 años, en mi blog y en otros lugares, he criticado esta visión caricaturesca, tratando de explicar lo que considero una verdad más sutil pero irónicamente aún más fascinante. Lo planteo como un servicio público y casi como mi deber moral como investigador de la computación cuántica. Por desgracia, el trabajo parece de Sísifo: La irritante publicidad sobre los ordenadores cuánticos no ha hecho más que aumentar a lo largo de los años, a medida que las empresas y los gobiernos han invertido miles de millones, y que la tecnología ha progresado hasta convertirse en dispositivos programables de 50 qubits que (en ciertas pruebas de referencia artificiales) pueden realmente competir con los mayores superordenadores del mundo. Y al igual que en la criptomoneda, el aprendizaje automático y otros campos de moda, con el dinero han llegado los mercachifles.

Sin embargo, en momentos de reflexión, lo entiendo. La realidad es que incluso si se eliminan todos los malos incentivos y la codicia, la computación cuántica seguiría siendo difícil de explicar de forma breve y honesta sin las matemáticas. Como dijo una vez el pionero de la computación cuántica, Richard Feynman, sobre el trabajo de electrodinámica cuántica que le valió el Premio Nobel, si fuera posible describirlo en unas pocas frases, no habría merecido un Premio Nobel.

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Aunque los investigadores no lo entienden todo sobre el mundo cuántico, lo que sí saben es que las partículas cuánticas encierran un inmenso potencial, en particular para contener y procesar grandes cantidades de información.

Los ordenadores cuánticos tienen diversas formas, pero todos se basan en el mismo principio: albergan un procesador cuántico en el que se pueden aislar partículas cuánticas para que los ingenieros las manipulen.  La naturaleza de esas partículas cuánticas, así como el método empleado para controlarlas, varía de un enfoque de computación cuántica a otro. Algunos métodos exigen que el procesador se enfríe hasta temperaturas de congelación, otros juegan con las partículas cuánticas mediante láseres, pero comparten el objetivo de averiguar cómo explotar mejor el valor de la física cuántica.

Los sistemas que venimos utilizando desde los años 40 en diversas formas -portátiles, smartphones, servidores en la nube, superordenadores- se conocen como ordenadores clásicos. Se basan en los bits, una unidad de información que alimenta todos los cálculos que se realizan en el dispositivo.    En un ordenador clásico, cada bit puede tomar un valor de uno o de cero para representar y transmitir la información que se utiliza para realizar los cálculos. Mediante los bits, los desarrolladores pueden escribir programas, que son conjuntos de instrucciones que el ordenador lee y ejecuta.    Los ordenadores clásicos han sido herramientas indispensables en las últimas décadas, pero la inflexibilidad de los bits es limitante. Como analogía, si se le encomendara la tarea de buscar una aguja en un pajar, un ordenador clásico tendría que estar programado para buscar en cada uno de los trozos de paja hasta llegar a la aguja.    Por lo tanto, todavía hay muchos problemas grandes que los dispositivos clásicos no pueden resolver. «Hay cálculos que podrían hacerse en un sistema clásico, pero podrían llevar millones de años o utilizar más memoria de ordenador de la que existe en total en la Tierra», dice Sutor. «Estos problemas son intratables hoy en día».

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La computación cuántica es un tipo de cálculo que aprovecha las propiedades colectivas de los estados cuánticos, como la superposición, la interferencia y el entrelazamiento, para realizar cálculos. Los dispositivos que realizan cálculos cuánticos se conocen como ordenadores cuánticos[1]:  I-5 Aunque los ordenadores cuánticos actuales son demasiado pequeños para superar a los ordenadores habituales (clásicos) en aplicaciones prácticas, se cree que son capaces de resolver ciertos problemas de cálculo, como la factorización de enteros (en la que se basa el cifrado RSA), de forma sustancialmente más rápida que los ordenadores clásicos.[2] El estudio de la computación cuántica es un subcampo de la ciencia de la información cuántica.

Existen varios tipos de ordenadores cuánticos (también conocidos como sistemas de computación cuántica), entre ellos el modelo de circuito cuántico, la máquina de Turing cuántica, el ordenador cuántico adiabático, el ordenador cuántico unidireccional y varios autómatas celulares cuánticos. El modelo más utilizado es el circuito cuántico, basado en el bit cuántico o «qubit», que es algo análogo al bit en la computación clásica. Un qubit puede estar en un estado cuántico 1 o 0, o en una superposición de los estados 1 y 0. Sin embargo, cuando se mide, siempre es 0 o 1; la probabilidad de uno u otro resultado depende del estado cuántico del qubit inmediatamente antes de la medición.

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La informática cuántica es un área de la computación centrada en el desarrollo de tecnología informática basada en los principios de la teoría cuántica (que explica el comportamiento de la energía y la materia a nivel atómico y subatómico). Los ordenadores actuales sólo pueden codificar la información en bits que toman el valor de 1 o 0, lo que restringe su capacidad.

La computación cuántica, en cambio, utiliza bits cuánticos o qubits. Aprovecha la capacidad única de las partículas subatómicas que les permite existir en más de un estado (es decir, un 1 y un 0 al mismo tiempo).

La superposición y el entrelazamiento son dos características de la física cuántica en las que se basan estos superordenadores. Esto permite a los ordenadores cuánticos realizar operaciones a velocidades exponencialmente superiores a las de los ordenadores convencionales y con un consumo de energía mucho menor.

El campo de la computación cuántica comenzó en la década de 1980. Entonces se descubrió que ciertos problemas de cálculo podían abordarse de forma más eficiente con algoritmos cuánticos que con sus homólogos clásicos.