Lectura Computacion Cuántica Nuevo Paradigma MATE II

Computación cuántica: Un nuevo paradigma

Enrique Cingolani

Computación Cuántica: Un Nuevo Paradigma
Enrique A. Cingolani∗
Email: enrique.cingolani@uai.edu.ar
http://fisica2-uai.wikispaces.com/file/view/Computacion+Cuantica+Nuevo+Paradigma.pdf

Nos encontramos en los albores de un cambio de paradigma en cuanto al
hardware y al software de computación, de la mano del revolucionario
concepto de lacomputación cuántica.

Resumen
Desde mediados del siglo pasado, a partir del desarrollo de los semiconductores, los
sistemas de cómputo están progresando a pasos agigantados, gracias a la aplicación de
los principios de la mecánica cuántica en el área del hardware. Hoy estos mismos
principios traspasan las fronteras entre hardware y software, dando origen al qubit, una
nueva unidad lógica queestá llamada a reemplazar al bit en los nuevos sistemas de
computación cuántica. En este artículo se describen las diferencias fundamentales entre
el bit y el qubit, las características de sistemas basados en qubits, y los tipos de
problemas que podrían resolver. Asimismo se explican brevemente distintas alternativas
para construir qubits y se dan referencias acerca de algunos de los sistemasexistentes en
la actualidad. Se exponen reflexiones finales, recalcándose la importancia que presenta
este campo de investigación para la ingeniería informática.

Bits versus Qubits
Los grandes progresos en el campo de la física dieron origen al enorme desarrollo de los
sistemas computacionales. Desde la época de los sistemas basados en las válvulas
termoiónicas en la década de 1940, a partir de las quefueron desarrolladas las primeras
computadoras con un poder de cálculo significativo, el avance no cesó.
Pronto las válvulas fueron reemplazadas por los transistores, y el aumento del poder de
cómputo se disparó acompañado por la miniaturización, la reducción del consumo
energético y la integración de compuertas lógicas a gran escala, pasando de miles, a
millones y a cientos de millones de ellas enun solo circuito integrado de pocos
milímetros cuadrados.
Hoy en día se está vislumbrando un límite teórico para la miniaturización, y desde hace
tiempo se acuden a técnicas de paralelización para acelerar las tareas de cómputo. Así se
desarrollaron sistemas de hardware con unidades de cómputo de múltiples pipelines,
núcleos y procesadores, para reducir tiempos al realizar operaciones “enparalelo” sobre
distintos dispositivos macroscópicos. Sin embargo se sigue operando con lógica binaria,
sobre bits, unidades lógicas que pueden tomar uno de entre dos valores posibles: 0 o 1.
En este contexto surge la computación cuántica, que promete una profunda revolución
en el campo de los sistemas informáticos, al operar sobre novedosas unidades lógicas,
∗

Lic. Ciencias Físicas. Profesor Titular deFísica II. Profesor Adjunto Permanente de Electromagnetismo
Estado Sólido I y II. Facultad de Tecnología Informática - Universidad Abierta Interamericana.

Computación cuántica: Un nuevo paradigma

Enrique Cingolani

denominadas qubits (quantum bits o bits cuánticos), que proveen una base intrínseca de
paralelización: el paralelismo cuántico. Los algoritmos de computación basados en
qubits,hacen uso de un concepto proveniente del mundo de la mecánica cuántica que es
el de superposición de estados, que significa que un qubit puede hallarse en un estado
cuántico que es simultáneamente (paralelamente) mezcla de dos estados. Los algoritmos
computacionales desarrollados utilizando qubits permiten modificar la complejidad de
las tareas, haciendo posible abordar problemas que clásicamenteresultan intratables.

Qubit y Operación de Medición
El qubit o bit cuántico es la unidad de información utilizada en computación cuántica.
Se trata de un ente de naturaleza cuántica que puede ser, por ejemplo, el espín de un
electrón (asociado al sentido de giro –horario u antihorario– del electrón sobre su propio
eje) o el momento magnético de un grupo de moléculas. Al ser observado el qubit...