Computacion Cuantica

La computación cuántica es un paradigma de computación distinto al de la computación clásica. Se basa en el uso de bubis lugar de bits, y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos algoritmos.

Una misma tarea puede tener diferente complejidad en computación clásica y en computación cuántica, lo que ha dado lugar a una gran expectación, ya que algunos problemas intratables pasan a ser tratables. Mientras que un computador clásico equivale a una máquina de Turing, 1​ un computador cuántico equivale a una máquina de Turing cuántica.

  

Origen de la computación cuántica: 

A medida que evoluciona la tecnología, aumenta la escala de integración y caben más transistores en el mismo espacio; así se fabrican microchips cada vez más pequeños, y es que, cuanto más pequeño es, mayor velocidad de proceso alcanza el chip. Sin embargo, no podemos hacer los chips infinitamente pequeños. Hay un límite en el cual dejan de funcionar correctamente. Cuando se llega a la escala de nanómetros, los electrones se escapan de los canales por donde deben circular. A esto se le llama efecto túnel.

Una partícula clásica, si se encuentra con un obstáculo, no puede atravesarlo y rebota. Pero con los electrones, que son partículas cuánticas y se comportan como ondas, existe la posibilidad de que una parte de ellos pueda atravesar las paredes si son los suficientemente delgadas; de esta manera la señal puede pasar por canales donde no debería circular. Por ello, el chip deja de funcionar correctamente.

En consecuencia, la computación digital tradicional no tardaría en llegar a su límite, puesto que ya se ha llegado a escalas de sólo algunas decenas de nanómetros. Surge entonces la necesidad de descubrir nuevas tecnologías y es ahí donde la computación cuántica entra en escena.

La idea de computación cuántica surge en 1981, cuando Paul Beni off expuso su teoría para aprovechar las leyes cuánticas en el entorno de la computación. En vez de trabajar a nivel de voltajes eléctricos, se trabaja a nivel de cuánto. En la computación digital, un bit sólo puede tomar dos valores: 0 ó 1. En cambio, en la computación cuántica, intervienen las leyes de la mecánica cuántica, y la partícula puede estar en superposición coherente: puede ser 0, 1 y puede ser 0 y 1 a la vez (dos estados ortogonales de una partícula subatómica). Eso permite que se puedan realizar varias operaciones a la vez, según el número de quitas.

El número de qubits indica la cantidad de bits que pueden estar en superposición. Con los bits convencionales, si teníamos un registro de tres bits, había ocho valores posibles y el registro sólo podía tomar uno de esos valores. En cambio, si tenemos un vector de tres quitas, la partícula puede tomar ocho valores distintos a la vez gracias a la superposición cuántica. Así, un vector de tres qubits permitiría un total de ocho operaciones paralelas. Como cabe esperar, el número de operaciones es exponencial con respecto al número de qubits.

Para hacerse una idea del gran avance, un computador cuántico de 30 qubits equivaldría a un procesador convencional de 10 teraflop (10 millones de millones de operaciones en coma flotante por segundo), cuando actualmente las computadoras trabajan en el orden de gigaflops (miles de millones de operaciones).

Candidatos:

Espines nucleares de moléculas en disolución, en un aparato de RMN.

Flujo eléctrico en SQUIDs. 

Iones suspendidos en vacío .

Puntos cuánticos en superficies sólidas.

Imanes moleculares en micro-SQUIDs.

Computadora cuántica de Kane.

Computación adiabática, basada en el teorema adiabático.

Características:

Mientras que en la computación que usamos hoy en día, cada bit puede presentarse en estados alternativos y discretos a la vez, en la computación cuántica cada bit llega a estar en múltiples estados en un mismo instante. Gracias a esto, podremos llegar a reducir exponencialmente el tiempo emplea- do por los algoritmos actuales. Existe una arquitectura muy parecida a las que tenemos actualmente, que ha tenido mucho éxito en el ámbito teórico y cuya realización depende de la futura implementación de una computadora cuántica. Algunos ejemplos desarrollados teóricamente con mucho éxito son la anteriormente mencionada búsqueda de factores de números primos, o la búsqueda en bases de datos no ordenadas. La base teórica de la computación cuántica se basa en las interacciones del mundo atómico, así como en futuras implementaciones de computadoras cuánticas, obteniéndose por el momento resultados muy alentadores. Para entender esto último hemos de tener en cuenta que los qubits pueden representar cuatro números al mismo tiempo (en lógica¡ binaria sólo se permite un 1 o un 0 para un único bit), de ahí esta duplicación de capacidad, no sólo de las memorias o dispositivos de almace- namiento secundario, sino también del resto de componentes como microprocesadores, tarjetas de sonido, de video. . . lo que conllevaría además un aumento de la velocidad de estos microprocesadores. 

Las dos aplicaciones más importantes de la información cuántica se dan en el dominio de la criptografía y en el de la computación. Mediante la criptografía cuántica, es posible enviar y recibir mensajes cifrados con la total seguridad de una clave indescifrable. Es más, el procedimiento usado permitiría detectar sin esfuerzo la presencia de terceros que intentaran adentrarse en el sistema de transmisión.

Funcionamiento:

Este nuevo tipo de computación utiliza la información codi- ficada en bits cuánticos o qubits, poniendo en funcionamiento una teoría que los científicos han estado discutiendo durante décadas. "Las propiedades especiales de los qubits permitirán a los ordenadores cuánticos trabajar en millones de cálculos a la vez, mientras que las computadoras personales de escritorio pueden manejar un mínimo de cálculos simultáneos", dijo IBM en un comunicado. 

Las nano-computadoras tendrán componentes cuyo frunció- namiento se rigen por los principios de la mecánica cuán- tica, pero los algoritmos que ellas ejecuten probablemente no involucren un comportamiento cuántico; mientras que las computadoras cuánticas buscan una posibilidad más excitante, usar la mecánica cuántica en un nuevo tipo de algoritmo que sería fundamentalmente más poderoso que cualquier otro esquema clásico. Una computadora que puede ejecutar computadora que pueda ejecutar este tipo de algoritmo será una verdadera computadora cuántica. Un computador cuántico proporciona paralelismo masivo aprovechando la naturaleza exponencial de la mecánica cuántica. Un computador cuántico puede almacenar una cantidad exponencial de datos, y realizar un número exponencial de operaciones usando recursos poli- nomiales. Este paralelismo cuántico no es fácil de aprovechar. Sin embargo, unos algoritmos cuánticos descubiertos en 1993 (Algoritmo de Shor) han creado un interés en el potencial de las computadoras cuánticas.

Fuente Bibliografica: https://es.wikipedia.org/wiki/Computaci%C3%B3n_cu%C3%A1ntica