Computadoras Cuanticas

COMPUTACIÓN CUÁNTICA

Espectroscòpia, Fotoquímica i Làsers
Curso 2008/2009
Sergi Vela Llausí

INTRODUCCIÓN
La computación cuántica es lo que se obtiene de la convergencia de dos teorías tan fascinantes
como la cuántica y la computación. Los mismos conceptos que hacen que la primera haya sido
tan discutida en sus inicios parece que abren un nuevo horizonte a la segunda. Seguidamente,voy a ofrecer una visión lo más simple y concisa posible y a la vez completa, a nivel de
licenciado, sobre este campo.
A mediados de la década de los 40 toma impulso la ciencia de la información, pronto parece
claro que el concepto propio de información contiene un significado mucho más profundo. De
repente, se hace importante conocer cómo la naturaleza previene o permite que la
información seexprese o sea manipulada. ¿Cuánto ocupa un bit? ¿Cuántos recursos (energía,
masa,...) son necesarios para transmitir un cierto tamaño de información dado? Y qué hay del
‘ruido’, ¿es posible enviar satisfactoriamente información a través de un canal ‘ruidoso’
(entiéndase ruido como interferencia)?
En esos años, Shannon, Golay y Hamming presentan las bases de la codificación y la corrección
deerrores en la información. Simultáneamente, y no por casualidad, nace la computación. A
mediados de los años 30 Alan Turing presenta la ‘maquina universal de Turing’(1), basada en el
trabajo de Charles Babbage en el siglo XIX.
Más allá de los usos iniciales en decriptación-encriptación y otros usos militares, la
computación se hizo cada vez importante en el ámbito científico. Al principio secentró en la
resolución de algunas proposiciones matemáticas, como por ejemplo la conjetura ‘fuerte’ de
Goldbach (cualquier número entero par mayor que 2 puede descomponer como suma de 2
números primos) pero pronto se extendió y hoy en día es un recurso valoradísimo en todos los
aspectos cotidianos. Los avances posteriores representaron un avance enorme en cuanto a
tamaño y velocidad, pero novariaron sustancialmente el concepto esencial de lo que era una
computadora. La computación cuántica, en cambio, sí que transforma el ‘núcleo’ conceptual
de la computación.
En los años siguientes, se pone de manifiesto las importantes correlaciones entre sistemas
cuánticos separados que han interaccionado en (y sólo en) el pasado. El grado de correlación
en estos sistemas es mayor que el quepodría ser previsto en base a cualquier ley física que
describa interacciones locales.
El desarrollo de todas estas teorías llevó primeramente a la criptografía cuántica, justo cuando
la computación cuántica aun se encontraba en estado ‘fetal’.
El desarrollo teórico del ‘qubit’ por Benjamin Schumacher (5), y el trabajo de Deutsch en 1985 (6)
(presentando las ‘puertas cuánticas’, los análogosa las puertas lógicas de la computación
clásica) junto con el desarrollo de los primeros algoritmos para la computación cuántica y el
desarrollo de un sistema para corregir errores en la transmisión de información de forma
cuántica (mediados de los 90) decidieron a la comunidad científica a apostar por esta
disciplina.

Más allá de la teoría, los esfuerzos actuales también incluyen eldiseño de dispositivos físicos
capaces de llevar a cabo la llamada computación cuántica. En los siguientes capítulos voy a
adentrarme en los principales aspectos apuntados en esta breve introducción.

TEORÍA CLÁSICA DE LA INFORMACIÓN (TCI)
De la misma forma que en determinadas circunstancias, aproximamos algunas leyes cuánticas
a sus hermanas clásicas, es necesario conocer las bases de lacomputación clásica y la teoría
clásica de la información, antes de definir sus análogos cuánticos.
Existen tres ideas centrales en la teoría clásica de la información que deben ser transportadas
al contexto cuántico:
-El problema más básico en esta teoría es obtener una medida elemental de información:
La máxima cantidad de información que puede ser almacenada por una variable que puede
tomar N...