Wangness-electromagnetismo

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Computación Cuántica
Orígenes y aproximación de conceptos básicos

Introducción

El siguiente artículo fue redactado para la cátedra de Electromagnetismo Estado Sólido II de la carrera Ingeniería en Sistemas Informáticos de la Facultad de Tecnología Informática de la Universidad Abierta Interamericana. En él se introducen ciertos conceptos acerca de la computación cuántica, un fenómeno quepuede presentar una gran revolución en las tecnologías actuales de computación.

Orígenes

A medida que evoluciona la tecnología, aumenta la escala de integración y caben más transistores en un 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 infinitamentepequeños. 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, si se encuentra con un obstáculo, no puede atravesarlo y rebota. Pero los electrones, que son partículas cuánticas y se comportan como ondas, existe la posibilidad de que una partede ellos pueda atravesar las paredes si es que estas son demasiado finas, de esta manera la señal pasaría 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 han llegado a escalas de cientos de nanómetros. Surge entonces la necesidad de descubrirnuevas tecnologías y es ahí donde entra la computación cuántica.
Definición y Principios

¿Qué es la computación cuántica?

En términos generales, la Computación Cuántica es la rama de la física y las ciencias computacionales que busca hacer cómputo utilizando las propiedades cuánticas de partículas tales como fotones y electrones.

El Procesamiento Cuántico de Información busca lasleyes fundamentales y métodos correspondientes para el procesamiento de información a través de las leyes de la mecánica cuántica.

El estudio formal de la Computación Cuántica y el Procesamiento Cuántico de Información comienza con las preguntas sobre computabilidad planteadas por Richard Feynman a finales de los 60's, en particular la capacidad de simular sistemas cuánticos en tiemposrazonables (esto es, tiempo polinomial). A partir de ésta y otras preguntas planteadas por Feynman, una parte de la comunidad científica se dedica a la tarea de crear los fundamentos de la Computación Cuántica.

La idea de computación cuántica surge en 1981 cuando Paul Benioff expuso su teoría para aprovechar las leyes cuánticas en el entorno de la computación. En vez de trabajar a nivel devoltajes eléctricos, se trabaja a nivel de cuanto.
En 1985 David Deutsch publicó un artículo en el que demostró que era posible la construcción de una máquina universal de Turing usando la teoría de la mecánica cuántica. En ese mismo documento, Deutsch demostró que la solución de ciertos problemas utilizando una computadora cuántica (esto es, un sistema físico capaz de realizar cálculos deacuerdo a las leyes de la mecánica cuántica) era más rápida que cualquier solución propuesta para su ejecución en una computadora clásica. A partir de ese trabajo, el desarrollo teórico y experimental de la CC y el PCI ha crecido exponencialmente.

Bits vs. Qubits

La computación cuántica es un paradigma de computación distinto al de la computación clásica. Mientras que la actualcomputación se maneja a partir de un serie de valores binarios (bits) que cambian constantemente según corresponda, la computación cuántica se basa en el uso de qubits en lugar de bits.
Un qubit (del inglés qubit, de quantum bit, bit cuántico) es la unidad mínima y por lo tanto constitutiva de la información cuántica. Esta información puede representarse mediante el estado de un sistema...
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