Física Cuántica, Revolución para las Computadoras

Física Cuántica, Revolución para las Computadoras.

Juliana Nicole Abril Cabrera

Universidad de Cuenca

Cuenca, Ecuador

nicole.abrilc@ucuenca.edu.ec

Abstract— In this document, the concept of quantum physics will be thoroughly discussed. In addition, to seeing all the properties that the particles of the super small world have. It will be possible to know how these particles are generated and how to demonstrate their operation in the world around us. It will also be seen how these same properties can be used to generate very efficient algorithms when performing calculations or protecting information.

Resumen— En este documento, se tratará a fondo el concepto de física cuántica. Además de ver todas las propiedades que tienen las partículas del mundo super pequeño. Se podrá conocer cómo se generan estas partículas y de cómo demostrar su funcionamiento en el mundo que nos rodea. También se verá como estas mismas propiedades pueden ser usadas para generar algoritmos muy eficientes a la hora de realizar cálculos o proteger información.

I. INTRODUCCIÓN

La física cuántica trata del comportamiento de las cosas más pequeñas que conocemos, o de las más pequeñas que se pueda imaginar y de cómo estas partículas conforman absolutamente todo lo que nos rodea. Aquí es dónde llega a su máximo esplendor la palabra incertidumbre, ya que no es posible comparar el comportamiento de un objeto grande ya estudiado con el comportamiento de una partícula subatómica.

Su comportamiento va más allá de lo inimaginable, pues parecen hasta mágicos, pueden atravesar paredes, teletransportarse, estar en varios sitios al mismo tiempo, etc. Muchas personas desconocen el concepto de física cuántica, aunque es practicada por todos en nuestro día a día, por ejemplo, es usada en los láseres, los lectores de DVD, los microondas, las puertas automáticas con el efecto foto eléctrico, los transistores, etc.

La mecánica cuántica está en todos lados y sus conceptos básicos nos indican que el universo en el que vivimos no es determinista, es decir, no es posible predecir las acciones o sucesos que ocurren en él, indicando lo contrario a lo que muchas personas creen que cada acción es predeterminada o ya fue establecida antes de que esta sucediera.

Estas partículas fundamentales o Quarks son encontradas en base a colisiones producidas por un acelerador de partículas. Se aceleran a los protones que se encuentran en el núcleo de los átomos y las hacen colisionar a grandes energías, para ver de que están formadas, dando como resultado a las mismas partículas que se encontraban en el origen de nuestro universo. [1]

II. DESARROLLO DE CONTENIDOS

Gracias a la física cuántica nacen los ordenadores cuánticos, donde solo un ordenador cuántico equivale a un número gigante de computadores convencionales. Llamado también ordenador del futuro, utiliza las leyes de la física de lo más pequeño para su funcionamiento donde se abordará la multitarea. Una función que cumple fácilmente el cerebro humano, es decir, realizar varias tareas al mismo tiempo.

Si bien aún no se ha utilizado la máxima potencia de los computadores convencionales queda poco tiempo, teniendo en cuenta que se ha avanzado mucho con la tecnología en los últimos 30 años. Cada vez los ordenadores son mas rápidos y potentes, esto se debe a una única razón, todos los equipos que están detrás de los cálculos que hace un ordenador se vuelven más pequeños y así podemos almacenar información en el mismo espacio.

Por otro lado, al hacerlos más pequeños también hacemos que el procesador o transistor sea más rápido y esto se da porque la información que está entre un ordenador la transmiten unas partículas que llamamos electrones y si son más pequeños tienen que recorrer menos espacio por lo tanto va más rápido. Así que, hacer las cosas más pequeñas es lo que nos ha permitido hacer que vayan más rápido, además de almacenar más información.

Cuando lleguemos a tener que almacenar los bits que almacena la información en un solo átomo ahí estaremos llegando al límite, si tenemos en cuenta el tiempo en que todo ha progresado notamos que para obtener el límite de los ordenadores nos falta aproximadamente de 10 a 20 años y cuando lleguemos no se podrá utilizar los ordenadores como los utilizamos hoy en día. Es en este instante donde la utilización de la mecánica cuántica va a revolucionar lo que nosotros conocemos como ordenadores.

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Ilustración 1. Computador Cuántico Superconductor de IBM

Una persona común y corriente no tiene la capacidad de realizar varias tareas al mismo tiempo o si las hace no estarán realizadas a un cien por ciento. Pero si viajamos al mundo microscópico nos encontramos con las partículas cuánticas como los fotones, electrones o átomos aislados que si tienen estas propiedades. Por lo que, los ordenadores cuánticos son capaces de aprovechar esta sorprendente propiedad de las partículas gracias a que sus componentes pueden estar en muchos estados simultáneamente estos ordenadores son capaces de realizar multitud de operaciones a la vez en el tiempo en que una máquina convencional invierte en hacer una única operación.

Si hablamos de como maneja la información una computadora convencional nos encontramos que sus bits pueden estar en un estado, ya sea en 1 o en 0. En cambio, en un computador cuántico la información puede estar en 0, 1 o en ambos estados llamados qubits, siendo esto una superposición, permitiendo que el manejo de esta sea mucho más rápido y eficiente. Esto hace que, para un ordenador cuántico, la complejidad de realizar operaciones disminuya, teniendo la capacidad hasta de reconocer patrones en los datos.

Para entender por qué estas computadoras son más rápidas veamos un ejemplo: Una supercomputadora podría ser excelente realizando tareas difíciles como revisar una gran base de datos de secuencias de proteínas. Pero tendrá dificultades para ver los patrones sutiles en esos datos que determinan cómo se comportan esas proteínas. Los algoritmos cuánticos adoptan un nuevo enfoque para este tipo de problemas complejos: crean espacios multidimensionales donde emergen los patrones que vinculan los puntos de datos individuales. En el caso de un problema de plegamiento de proteínas, ese patrón podría ser la combinación de pliegues que requieren la menor cantidad de energía para producirse. Esa combinación de pliegues es la solución al problema. [2]

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