Computacion Cuántica

Introducción

A lo largo de la historia, la humanidad ha tratado de crear herramientas que faciliten tareas diarias, generalmente éstas incluyen cálculos matemáticos, por lo que las muchas herramienta creadas por el hombre pretenden facilitar operaciones matemáticas. Una de las primeras herramientas importantes diseñada para facilitar cálculos matemáticos fue el ábaco; diseñado por los egipcios en el 500 a.C. y perfeccionado por los chinos, puede almacenar unos y ceros en sus 10 líneas con 7 esferas; 2442 años después Konraz Suze, ingeniero alemán, creó la primera computadora digital programable, lo que abrió paso a la creación de computadoras de gran tamaño, como la creada por International Business Machines ó IBM, en colaboración con la Universidad de Harvard, tan solo dos años después de la de Konraz, dicha computadora media 15 m. de largo, 2.40 m. de alto y pesaba cinco toneladas, la llamaron MARK I. Después de estas computadoras se inicio la era digital con modelos totalmente electrónicos a base de tubos de vacío en un principio y de transistores tiempo después.

La creación de transistores concebidos en 1948 en los laboratorios Bell, que contienen materiales que actúan como interruptores, provocaron el continuo decremento del tamaño de las computadoras y la creación de los equipos de los que disponemos hoy en día, sin embargo a medida que esto sucede los circuitos que conforman las computadoras pronto alcanzaran un tamaño tan pequeño que las leyes de la física clásica dejaran ser validas y comenzaran a regirse por las de la física que conforman la mecánica cuántica.

Computación Cuántica

El aprovechamiento de las capacidades de una computadora cuántica como menciona Hillary Caituiro-Monge en su artículo Arquitectura Cuántica “depende de la posibilidad de desarrollar la misma”, lo que hoy en día es posible, aunque con ciertas limitantes. La diferencia de capacidad de cálculo entre una computadora cuántica y una convencional se puede apreciar en los tiempos en los que una computadora convencional y una cuántica tardan para efectuar los cálculos necesarios para saber si un numero es primo o no, mientras que la primera tardaría muchos meses o años, dependiendo de la cantidad de cifras en el numero, la segunda tardaría tan solo unos pocos segundos.

Las computadoras cuánticas están basadas en implementaciones futuras de teorías de la mecánica cuántica, sin embargo, comenzamos a apreciarlas con resultados bastante alentadores con la llegada de la primera computadora cuántica comercial es fabricada por la empresa D-Wave Systems fundada en 1999; esta computadora posee un procesador de 128qubits y cuesta diez millones de dólares, pero aun es algo controversial ya que no se sabe si este equipo contiene el sistema operativo o manual para el desarrollador lo cual es poco probable, por lo que el equipo pasa a ser muy complicado de usar.

Fundamentos de la computación cuántica

Como ya se menciono la computación cuántica está basada en varios principios de la mecánica cuántica, y uno de los principales es el de la superposición cuántica entre las partículas subatómicas, es la propiedad que permite el aumento exponencial en la capacidad de procesamiento de las computadoras cuánticas.

La superposición cuántica es la ley con la que se logra la principal característica de un bit cuántico o qubit, porque gracias a ella un qubit puede tener ambos valores a la vez 1 y 0 lo que se utiliza para lograr el paralelismo cuántico y el paralelismo masivo.

En lo que a partículas subatómicas se refiere, cualquier interacción con las mismas incluyendo el hecho de medirlas produce un cambio, propiedad que es útil y aprovechable para tele transportar los qubits.

Elementos básicos de la computación cuántica

Entanglement

La capacidad computacional de procesamiento paralelo de la computación cuántica, aumenta en gran medida por el procesamiento masivamente en paralelo, debido a una interacción que ocurre durante algunas millonésimas de segundo. Este fenómeno de la mecánica cuántica es llamado “entanglement”.

Debido al “entanglement”, dos partículas subatómicas, permanecen inevitablemente relacionadas entre si, si han sido originadas en un mismo proceso. Por ejemplo la desintegración en un positrón y un electrón. Estas partículas forman subsistemas que no pueden explicarse independientemente. Cuando una de las dos partículas sufre un cambio de estado, afecta en la otra. Esta característica se produce cuando se efectúa una medición sobre una de las partículas.

Tele transportación cuántica

La tele transportación cuántica es descrita por Stean como la posibilidad de “transmitir qubits sin enviar qubits”. En la computación tradicional para emitir bits, estos son clonados o copiados y luego enviados a través de distintos medios como el cobre, fibra óptica, ondas de radio y otros. En la computación cuántica no es posible clonar, tampoco copiar, y mucho menos enviar qubits de un lugar a otro como se hacen con los bits.

Si se envía un qubit que es de parte 0 donde 0 es un estado desconocido, el receptor no podrá leer su estado con certeza, cualquier intento de medida podría modificar el estado del qubit, por lo tanto se perdería su estado, impidiendo su recuperación. La tele transportación cuántica, resuelve este problema, esta se basa en el “entanglement” para ser capaz de transmitir un qubit sin necesidad de enviarlo. El emisor y el receptor tienen un par de qubits enredados. Por lo tanto el qubit es transmitido desde el emisor, desaparece del emisor y el receptor tiene el qubit tele transportado. Este fenómeno es posible debido a un mecanismo conocido como el efecto EPR2. En la tele transportación cuántica primero dos qubits E y R son “enredados” y luego separados (entangled), el qubit R

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