Computación cuántica

¿Qué es la computación cuántica?

Antes de saber cómo funciona una computadora cuántica hay que entender cómo funciona un ordenador comercial, imaginemos por un instante que jugamos a un juego, este juego se trata de que en una caja hay dos bolas, una azul y otra roja. Sin saber el color tu oponente (el ordenador) saca una pelota, después tú sin ver el interior de la caja tienes la opción de cambiar la bola que está dentro por la que está fuera y por último el ordenador vuelve a tener su turno, si la bola que queda fuera es roja ganaría el ordenador, sin embargo, si fuera azul ganarías tú. En esta situación tanto la máquina como tú tendríais aproximadamente un 50% de posibilidades de que salierais victoriosos.

Sin embargo un ordenador cuántico funciona a través de la física cuántica que tiene unas leyes totalmente distintas a las que nosotros llegamos a comprender. Un ordenador normal funciona a través de 0 y 1, siendo (en el ejemplo anterior) 0 azul y rojo 1 por ejemplo, en contra posición, un ordenador cuántico es capaz de hacer una mezcla de estos números como si fuera leche y colacao, se puede elegir solo leche, solo colacao o una mezcla. entonces en el juego anterior el ordenador elegiría una combinación de estos números (puede ser una combinación de 60%-40%, de 80%-20%, hay infinitas posibilidades) en vez de solo un extremo luego tú la dejarías igual (imagínate que ya has mezclado el colacao con la leche, por más que lo mezcles el resultado es el mismo), pero, en la última jugada el ordenador puede separar esta mezcla teniendo así casi un 100% de probabilidades de ganar. (Shohini, 2018).

En síntesis, un ordenador cuántico tiene una infinidad de posibilidades de opciones a la hora de enfrentarse a un problema debido a que sus opciones no se basan en «blanco» o en «negro» si no a una gama de «grises».

¿Qué es un qubit?

Como todos sabemos las cosas no funcionan por ciencia infusa y al igual que los bits son los elementos básicos para el funcionamiento de un PC normal los qubits lo son para una computadora cuántica.

Un qubit se parece en cierta forma a un bit clásico ya que puede tener dos posibles valores 0 ó 1 (como se ha explicado anteriormente); pero un bit puede ser 0 ó 1 únicamente, y a diferencia un qubit puede ser 0, 1 o una superposición cuántica de ambos. (Anónimo,Desconocido)

«Si tuvieras una computadora de 2 cúbits y añades 2 cúbits, se convierte en una computadora de 4 cúbits. Pero no estás duplicando el poder de la máquina, estás incrementándolo exponencialmente» ( Mary-Ann Russon, 2018)

Martin Giles

Es decir, dos qubits pueden estar en cualquiera de los cuatro estados de superposición cuántica, y tres qubits en cualquiera de las 8 superposiciones. Por lo que una computadora cuántica con n qubits, puede estar en una superposición cuántica arbitraria de 2 elevado a la n estados simultáneamente a diferencia de una computadora normal que solo puede estar en uno de esos 2 estados (0 ó 1). (Anónimo,Desconocido)

¿Cuáles son las principales diferencias entre la computación cuántica y la computación clásica?

La principal diferencia entre los qubits y los bits se ha estado repitiendo a lo largo de este blog una y otra vez y es el hecho de que una computadora cuántica a diferencia de una clásica puede tomar valores que combinan los ceros y unos en vez de que el ordenador solo tenga esas dos opciones.

Es de saber común que todos en cualquier lugar podemos tener un ordenador, y es bastante común ver a personas en cafeterías con ordenadores, haciendo trabajos, videoconferencias… Sin embargo los ordenadores cuánticos de hoy en día son muy sensibles y tienen que estar en unas ciertas condiciones específicas que son: estar a una temperatura de -273º C, sin apenas presión atmosférica y asilados del campo magnético terrestre (ejemplo de esto es el ordenador que IBM presentó el año pasado).

Lo primero que se nos viene a la cabeza cuando se pronuncia la palabra «ordenador» es una pantalla con una torre y teclado y los demás componentes que estamos acostumbrados a ver, en contraposición las computadoras cuánticas tienen un aspecto tan inusual que si lo viéramos no sabríamos a primera instancia lo que es (ordenador cuántico a la derecha).

Otra cosa a la que estamos acostumbrados es a tener muchos archivos de información guardados en nuestro ordenador y hacer copias de seguridad para garantizar que esa información no se pierda,en cambio, la información en una computación cuántica no puede almacenarse porque sus periodos de funcionamiento son muy cortos.  (Anónimo,2019)

«Su tiempo de cálculo es finito, a partir de un tiempo la información se deteriora. Funcionan por periodos muy cortos de tiempo y tenemos que pensar cómo aprovechar esos periodos y extraer la información de manera precisa.» (Anónimo,2019)

García Ripoll

Aquí hay un vídeo que explica el funcionamiento de un ordenador cuántico de una forma simplificada: https://www.youtube.com/watch?time_continue=117&v=wfsUxdYSOFs&feature=emb_logo

¿Qué tipos de problemas serían adecuados para resolverse mediante computación cuántica?

La física cuántica puede ser uno de los ámbitos más complejos de entender de la física, por ello, el primero uso es el más obvio que sería la simulación de sistemas cuánticos, esto suena complicado, pero que en el fondo consiste en simular objetos, como pequeñas moléculas o macro-moléculas, o incluso materiales. Estos sistemas se describen con mecánica cuántica, por lo que ya hay investigadores trabajando en cómo traducirlos al ordenador cuántico de forma eficiente.

Hay otro campo llamado optimización cuántica que consiste en resolver problemas que tienen un coste que queremos minimizar. Esto podría tener aplicaciones en el campo de la logística y las finanzas, entre otras áreas, y recurre a la capacidad del registro cuántico a la hora de explorar múltiples soluciones a un problema.

Existen otras áreas como la física estocástica, a simular procesos aleatorios utilizando el hecho mismo de que el ordenador cuántico es una máquina aleatoria. El sistema de Google (según un artículo ya borrado Google apuntaba que tenía un chip de 53 qubits), precisamente, empuja en esa dirección porque es una distribución de probabilidad muy compleja creada de manera muy artificial. (Juan Carlos,2019)

También se ha especulado sobre el uso de esta tecnología en nuestra vida diaria, un posible uso de esta aplicación es su uso para hacer «claves secretas» para encriptar los mensajes que se envían de un sitio a otro para que los hackers no puedan de alguna forma saber a la perfección cual es la clave debido a la incertidumbre cuántica, se tendría que romper las leyes de la propia física cuántica para que esto pudiese pasar.

Otra de estas aplicaciones podrían producirse en el campo biosanitario para desarrollar nuevos fármacos debido a que calcular el movimiento cuántico de las diversas partículas es complicado para los ordenadores que tenemos hoy en día.

Y la tercera aplicación es la teletranportación de información, es decir, enviar la información sin estar fisicamente enviándola, esto se debe a que las partículas cuánticas se comunican a través del espacio y del tiempo haciendo que cuando tú modificas una molécula puede afectar a otra abríendose así una red de comunicación indirecta y la posible teletransportación de la información. (Shohini, 2018)

Bibliografía

Shohini Ghose (Noviembre, 2018). Computación cuántica explicada en 10 minutos. Recuperado de: https://www.ted.com/talks/shohini_ghose_a_ beginner_s_guide_to_quantum_computing?language=es

Mary-Ann Russon. (8 septiembre 2018). Por qué las mágicas computadoras cuánticas ya están en la nube pero no en nuestras manos. De BBC Sitio web: https://www.bbc.com/mundo/noticias-45452492

Anónimo. (Desconocido). Qubit. De EcuRed Sitio web: https://www.ecured.cu/Qubit

Anónimo. (10 diciembre 2019). Computación cuántica: ¿en qué se diferencia de la computación clásica?. De BBVA Sitio web: https://www.bbva.com/es/computacion-cuantica-en-que-se-diferencia-de-la-computacion-clasica/

Juan Carlos López. (13 Octubre 2019). Los grandes retos que plantea la Computación cuántica, explicados por uno de los principales investigadores españoles. De xataka Sitio web: https://www.xataka.com/investigacion /grandes-retos-que-plantea-computacion-cuantica-explicados-uno-principales-investigadores-espanoles

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