Computacion

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Computación cuántica
Francisco Cárdenas - Álvaro Carreño Ingeniería Física -USACH

Resumen La computación cuántica trata el almacenamiento y procesamiento de la información en bits cuánticos (qubits) que pueden encontrarse y almacenar múltiples estados a la vez y ofrecernos capacidades de procesamiento superior. Introducción A lo largo de la historia el hombre ha utilizado diversos materialesy múltiples mecanismos para facilitar la ejecución de procesos que agilicen y automaticen la realización de cálculos y procesamiento de información. Las computadoras han sufrido un gran cambio respecto a como eran inicialmente; Tienen cómo primer antecesor al ábaco( 3000 a.c.), la máquina sumadora Pascalina (1642), al telar controlado por tarjetas perforadas que contenían sus diseños (1801). El Z3(1941), el primer computador electromagnético programable mediante una cinta perforada, tenía una memoria de 64 palabras de 22 bits . El ENIAC (1946) es considerado el primer computador, ya que su funcionamiento era completamente electrónico; almacenaba 20 números de 10 dígitos y realizaba cerca de 5000 sumas y 300 multiplicaciones por segundo. Luego de esto los pasos más importantes en lacomputación fueron la invención del transistor y de los circuitos integrados, que permitieron la miniaturización de componentes y el aumento de la velocidad de procesamiento, hasta llegar en la actualidad la masificación de los computadores en los hogares, y que el más potente, Jaguar (2010) disponga de más de 300 TB de memoria RAM, 10.000 TB de capacidad de almacenamiento, y 2.3 petaflop/s derendimiento (2.3 billones de operaciones por segundo) Pero el límite de su evolución está dado porque llegado un punto, ya no se pueden miniaturizar más los componentes. ¿será la computación cuántica el siguiente paso de la informática?

Computación Cuántica Fundamentos La computación cuántica esta basada en las propiedades de las interacciones de las partículas subatómicas y la teoría informáticamoderna. En conjunto han permitido el surgimiento de un nuevo paradigma computacional que según se vislumbra permitirá procesar datos y resolver problemas de una manera nunca antes vista. El qubit es el elemento básico de la computación cuántica. Se basa en el principio de superposición cuántica, lo que le permite representar un “0” o un “1” lógico, o superposiciones de ambos estados simultáneamente.El estado de un qubit se puede escribir como {a|0>, b|1>}, donde a y b son números complejos que satisfacen la relación |a|2+|b|2=1. Un vector de dos qubit, representa simultáneamente los estados 00, 01, 10 y 11, un vector de tres qubit seria 000, 001, 010, 011, 100, 101, 111, es decir si tenemos n-qubit se tendrán 2n posibles estados simultáneos. Cualquier sistema cuántico con dos estadosdiscretos distintos puede servir como un qubit, un espín de un electrón que apunta hacia arriba o hacia abajo, un qubit. Otro de los principios fundamentales en la computación cuántica es el entanglement. Este fenómeno consiste en que dos partículas sub-atómicas permanecen inevitablemente relacionadas entre si, si han sido generadas en un mismo proceso. Estas partículas forman un sistema el cual no puededescribirse separadamente, ello implica que si una sufre un cambio de estado, este repercute en la otra partícula. La tele trasportación cuántica es otro de los fenómenos utilizados. En la computación clásica para transmitir bits, estos son copiados o clonados y luego enviados a través de diferentes medios como el cobre, fibra óptica, ondas de radio, ondas sonoras, etc. Pero en la computacióncuántica no es posible clonar, tampoco copiar y menos enviar qubits de un lugar a otro como se hace con los bits, sino que se emplea el fenómeno mencionado; El emisor tiene un qubit llamado “x” y el receptor tiene un qubit llamado “y”, estos qubits están entrelazados de tal manera que si uno cambia esto también sucedería en el otro (efecto entanglement). El emisor tiene información en el qubit “z”,...
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