Computación Cuántica

La computación cuántica es el área de estudio centrada en el desarrollo de tecnología informática basada en los principios de la teoría cuántica, que explica la naturaleza y el comportamiento de la energía y la materia a nivel cuántico (atómico y subatómico).

El desarrollo de un ordenador cuántico, si fuera práctico, marcaría un salto adelante en la capacidad de computación mucho mayor que la del Ábaco a la de un superordenador moderno, con ganancias de rendimiento en el reino de los mil millones de veces y más allá.

La computación cuántica es un modelo de computación teórico que utiliza una forma de unidad de datos que podría llamarse no binaria, ya que tiene más de dos valores posibles.

El ordenador cuántico, siguiendo las leyes de la física cuántica, ganaría una enorme potencia de procesamiento gracias a la capacidad de estar en múltiples estados y de realizar tareas utilizando todas las permutaciones posibles simultáneamente. Los centros actuales de investigación en computación cuántica incluyen el MIT, IBM, la Universidad de Oxford y el Laboratorio Nacional de Los Álamos.

Origen

Los elementos esenciales de la computación cuántica se originaron con Paul Benioff, trabajando en Argonne National Labs, en 1981. Teorizó un ordenador clásico que funcionaba con algunos principios mecánicos cuánticos. Pero es generalmente aceptado que David Deutsch de la Universidad de Oxford proporcionó el impulso decisivo para la investigación en computación cuántica.

En 1984, asistió a una conferencia sobre teoría de la computación y comenzó a preguntarse sobre la posibilidad de diseñar un ordenador que se basara exclusivamente en reglas cuánticas, para luego publicar su revolucionario artículo unos meses más tarde. Con esto, la carrera comenzó a explotar sus ideas. Sin embargo, antes de ahondar en lo que él comenzó, es beneficioso echar un vistazo a los antecedentes del mundo cuántico.

 

Teoría Cuántica

El desarrollo de la teoría cuántica comenzó en 1900 con una presentación de Max Planck a la Sociedad Física Alemana, en la que introdujo la idea de que la energía existe en unidades individuales (a las que llamó “quanta”), como la materia.
En los treinta años siguientes, la evolución de algunos científicos condujo a la comprensión moderna de la teoría cuántica.

Desarrollos posteriores de la teoría cuántica

  • La energía, al igual que la materia, consiste en unidades discretas, en lugar de ser únicamente una onda continua.
  • Las partículas elementales de energía y materia, dependiendo de las condiciones, pueden comportarse como partículas u ondas.
  • El movimiento de las partículas elementales es inherentemente aleatorio y, por lo tanto, impredecible.
  • La medición simultánea de dos valores complementarios, como la posición y el momento de una partícula elemental, es ineludiblemente defectuosa; cuanto más precisamente se mida un valor, más defectuosa será la medición del otro valor.

Computación Clásica vs. Cuántica

La computación clásica se basa, en su último nivel, en principios expresados por el álgebra booleana, operando con un principio de puerta lógica de 7 modos (normalmente), aunque es posible existir con sólo tres modos (que son AND, NOT, y COPY).

Un ordenador tradicional trabaja con bits de datos que son binarios o booleanos. La computación cuántica se basa en el uso de cúbits en lugar de bits, y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos algoritmos.

Los datos deben procesarse en un estado binario exclusivo en cualquier momento, es decir, 0 (desactivado / falso) o 1 (activado / verdadero). Estos valores son dígitos binarios, o bits. Los millones de transistores y condensadores en el corazón de los ordenadores sólo pueden estar en un estado en cualquier momento. Mientras que el tiempo que cada transistor o condensador necesita estar en 0 o 1 antes de los estados de conmutación es ahora medible en milmillonésimas de segundo, todavía hay un límite en cuanto a la rapidez con la que estos dispositivos pueden cambiar de estado.

Futuro

A medida que avanzamos hacia circuitos más pequeños y rápidos, comenzamos a alcanzar los límites físicos de los materiales y el umbral para que se apliquen las leyes clásicas de la física. Más allá de esto, el mundo cuántico toma el relevo, lo que abre un potencial tan grande como los desafíos que se presentan.

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