Computadora cuantica

1. Introducción
A lo largo del último medio siglo, las computadoras han ido duplicando su velocidad cada dos años, al tiempo que el tamaño de sus componentes se reducía a la mitad. Los circuitos actuales contienen transistores y líneas de conducción cuya anchura es sólo una centésima parte de la de un cabellohumano. Las máquinas de nuestros días son millones de veces más potentes que susrudimentarias antepasados a causa de tan explosivo progreso.
Figura 1.- Desde el principio hasta el presente: A la izquierda una máquina de engranajes, a la derecha un chip de la IBM de 0.25 micras. La versión producida por la IBM contiene 6 millones de transistores.

El incremento del poder de las computadoras se debe esencialmente a la miniaturización incesante del componente más elemental dela computadora, el transistor. Cuando los transistores se reducen de tamaño y se logran integrar en un solo microchip se incrementa el poder computacional. Sin embargo, las técnicas de integración de microcircuitos están empezando a tropezar con sus límites.
Mediante técnicas litográficas avanzadas podrían producirse elementos cien veces menores que los hoy disponibles. Pero a tal escala, en la quelamateria se presenta como una muchedumbre de átomos disgregados, los circuitos integrados apenas consiguen funcionar. Al reducir la escala diez veces más, los átomos manifiestan ya su identidad individual, y basta un solo defecto para provocar una catástrofe. Por consiguiente, si se pretende que las computadoras del futuro reduzcan su tamaño, será preciso que la técnica de uso se reemplacé ocomplemente con otras nuevas.
La ciencia de la computación en busca de una alternativa más allá de la tecnología del transistor, ha iniciado el estudio de la mecánica cuántica y su aporte para la creación de nuevas computadoras. Es así como han surgido las disciplinas: Nano-Computación y Computación Mecánico-Cuántica.

Figura2.- La transición de microtecnología a nanotencología. Segúnla física clásica, no hay manera de que los electrones puedan llegar desde el "Source" al "Drain" debido a las dos barreras que se encuentran al lado del "Island" pero la estructura es tan pequeña que los efectos de la cuántica ocurren, y los electrones pueden bajo ciertas circunstancias romper la barrera del túnel.
Como se muestra en la Figura2, hay formas de rediseñar los transistores para que trabajen usandoefectos cuánticos. Pero podría ser mejor dejar la idea de transistores y usar una nueva arquitectura completamente nueva que sea más adecuada al utilizar los principios de la mecánica cuántica. En la Figura 3, se presenta una idea de esta arquitectura.

Figura 3.- Una alternativa es utilizar nuevos tipos de transistores. La Figura muestra como un circuito particular llamado "semi-sumador" pudecrearse de un modelo compuesto de dos tipos de células.
Las nano-computadoras tendrán componentes cuyo funcionamiento se rigen por los principios de la mecánica cuántica, 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 quesería fundamentalmente más poderoso que cualquier otro esquema clásico. Unacomputadora que puede ejecutar computadora que pueda ejecutar este tipo de algoritmo será una verdadera computadora cuántica.
Un Computador Cuántico es un nuevo dispositivo fantástico que puede resolver ciertos problemas importantes muy eficazmente. Un computador cuántico proporciona paralelismo masivo aprovechandola 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 polinomiales. 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...