¿Qué es una computadora cuántica?

Índice de Contenido
  1. ¿Qué es el entrelazamiento cuántico?
    1. ¿Cuál es el papel del entrelazamiento cuántico en la computación cuántica?
    2. ¿Por qué es útil el entrelazamiento cuántico en la computación cuántica?
  2. ¿Cual es el impacto de las computadoras cuanticas?
  3. RoadMap computadora cuantica segun IBM
    1. Elementos clave de la imagen:
    2. Objetivos a destacar:

Cuanto más nos acercamos a una computadora cuántica, más se convierte en una cuestión filosófica. El primer desafío radica en el significado específico de la palabra "computadora". En la década de 1980, un matemático estadounidense conceptualizó la computadora como un dispositivo que procesa información representada en una serie de unos y ceros, o bits. Este enfoque describe el funcionamiento esencial de una computadora clásica.

Por el contrario, una computadora cuántica opera utilizando principios de la mecánica cuántica, manipulando la información como una combinación de estados cuánticos: 0 y 1 simultáneamente, o estados como "apagado y encendido" o "arriba y abajo". Este es el núcleo del funcionamiento de una computadora cuántica.

Es importante destacar que la palabra "computadora" proviene de "máquina de computación" y no está relacionada originalmente con la mecánica cuántica. Cuando hablamos de "computadora cuántica", nos referimos a una máquina que utiliza la mecánica cuántica para realizar cálculos. De hecho, los físicos suelen emplear el término "computadora cuántica" como sinónimo de "procesador de información cuántica".

¿Cuál es la diferencia entre una computadora cuántica y una computadora clásica?

La mecánica cuántica nos dice que no podemos medir un sistema cuántico sin perturbarlo. Una computadora cuántica utiliza esta parte perturbadora del proceso de medición como el "bit" que controla el siguiente paso del cálculo.

Las computadoras clásicas, que usan cargas eléctricas para representar 0 y 1, no tienen este bit. Debemos insistir en este punto: una computadora clásica no tiene nada. La presencia o ausencia de un bit es la diferencia fundamental entre una computadora cuántica y una computadora clásica.

¿Qué es el entrelazamiento cuántico?

El entrelazamiento cuántico significa que dos sistemas cuánticos están conectados de tal manera que el estado de uno de ellos depende del estado del otro. Por ejemplo, si uno de estos sistemas cuánticos está en el estado de 0, el otro debe estar en el estado de 1. Y viceversa.

El entrelazamiento cuántico es el vínculo mecánico cuántico entre dos sistemas cuánticos. Es el mecanismo que permite que la computadora cuántica sea más rápida que cualquier computadora clásica. La diferencia entre el entrelazamiento cuántico y el enlace clásico es que el enlace clásico se establece mediante cables u otros dispositivos, mientras que el enlace cuántico se establece mediante sistemas cuánticos que realizan mediciones entre sí.

¿Cuál es el papel del entrelazamiento cuántico en la computación cuántica?

Volvamos a la computadora cuántica de tres qubit discutida anteriormente. Si escribimos 1 para el estado del primer qubit, 0 para el estado del segundo qubit y 0 para el estado del tercer qubit, hay dos conjuntos de tres combinaciones de unos y ceros que son iguales, excepto que el la tercera combinación está al revés:

1 0 0 1 0 1 0 1

0 1 0 1 0 0 0 0

La diferencia entre estos dos conjuntos de combinaciones no depende del orden en que se escriban. El orden no importa. Pero la diferencia entre estos dos conjuntos de combinaciones es exactamente la misma que la diferencia entre los siguientes dos conjuntos de combinaciones:

0 0 0 1 0 0 0 0

0 1 0 1 0 1 0 1

BITS Y CUBITS O QUIBITS
BITS Y CUBITS O QUIBITS

Esta es la diferencia llamada entrelazamiento cuántico. La diferencia no depende del orden en que se escriban las combinaciones. Y esta es exactamente la misma diferencia que en el caso clásico. Es decir, también hay un enredo en el caso clásico.

¿Por qué es útil el entrelazamiento cuántico en la computación cuántica?

Imaginemos un sistema con dos bits clásicos, que llamaremos "izquierdo" y "derecho". Supongamos que el bit izquierdo siempre está en el estado 0, mientras que el bit derecho tiene un 50% de probabilidad de estar en el estado 1. Además, consideremos que existe una relación entre ambos: cuando el bit izquierdo está en 0, el bit derecho estará en 1 con una probabilidad del 50%. Este tipo de correlación podría llamarse "enredo clásico".

En este escenario clásico, si queremos determinar el estado del bit izquierdo (0 o 1), podemos simplemente verificar el estado del bit derecho. Sin embargo, el bit izquierdo no afecta directamente al bit derecho; ambos operan como entidades separadas que comparten una correlación estadística.

descripción de figura en frontiers.com

En el caso cuántico, la situación cambia radicalmente gracias al fenómeno del entrelazamiento cuántico. Supongamos que tenemos una computadora cuántica con tres qubits: "izquierdo", "medio" y "derecho". Si el qubit izquierdo está en el estado 1, el qubit medio en el estado 0 y el qubit derecho en el estado 1, los estados de estos qubits pueden estar entrelazados. Esto significa que no solo comparten correlaciones estadísticas, sino que sus estados están profundamente conectados de manera que la medición de un qubit afecta instantáneamente a los demás, sin importar la distancia entre ellos.

Por ejemplo, el entrelazamiento permite que el resultado de una medición en el qubit izquierdo proporcione información directa sobre el estado del qubit derecho o del qubit medio, algo que no es posible con bits clásicos. Esto se traduce en una capacidad única para realizar cálculos de manera más eficiente y resolver problemas complejos que están fuera del alcance de las computadoras clásicas.

El entrelazamiento cuántico, por tanto, no solo conecta los estados de los qubits, sino que también habilita procesos fundamentales en la computación cuántica, como la superposición y la interferencia, que son clave para su poder computacional.

La esfera de Bloch es una representación de un cúbit, el bloque de construcción fundamental de los computadores cuánticos.
La esfera de Bloch es una representación de un cúbit, el bloque de construcción fundamental de los computadores cuánticos.

En teoría, las computadoras cuánticas reemplazarán los bits clásicos por cúbits, lo que permitirá realizar cálculos matemáticos mucho más complejos en un tiempo significativamente menor. Este avance no solo incrementará el poder de procesamiento, sino que podría hacer obsoleto el sistema binario tradicional, exigiendo la creación de una lógica completamente nueva para el desarrollo y uso de estos ordenadores.

¿Cual es el impacto de las computadoras cuanticas?

El impacto de este nuevo paradigma será global y disruptivo. La introducción de computadoras cuánticas tiene el potencial de superar las limitaciones del sistema binario, pero también podría comprometer la seguridad digital tal como la conocemos. Sistemas de criptografía actuales, considerados seguros, podrían ser vulnerados, exponiendo incluso a instituciones de alto nivel como el Pentágono. Por ello, antes de que estas tecnologías estén disponibles de manera generalizada, será imprescindible que gobiernos, organizaciones y empresas adapten sus infraestructuras a este cambio. De no hacerlo, estas nuevas capacidades en manos equivocadas podrían causar pérdidas económicas de miles de millones de dólares y comprometer la seguridad global.

Cómo puedes probar un superordenador cuántico sin salir de casa - Nobbot

RoadMap computadora cuantica segun IBM

La imagen presenta una hoja de ruta detallada de los avances que IBM espera lograr en el campo de la computación cuántica en los próximos años, desde 2024 hasta más allá de 2033. Esta hoja de ruta se divide en varias secciones que describen los objetivos, estrategias y tecnologías clave que impulsarán esta evolución.

Elementos clave de la imagen:

  • Título: "IBM Technology Atlas: The future of computing is quantum-centric" (El atlas de tecnología de IBM: El futuro de la computación es cuántico-céntrico). Esto establece claramente la visión de IBM de un futuro dominado por la computación cuántica.
  • Línea de tiempo: La hoja de ruta se presenta como una línea de tiempo que abarca desde 2024 hasta 2033+. Cada año se asocia con objetivos específicos y hitos a alcanzar.
  • Ejes principales:
    • Quantum Journey: Describe la progresión general de la computación cuántica, desde la introducción de la paralelización de cálculos cuánticos hasta la entrega de supercomputadoras cuánticas a gran escala.
    • Strategy Overview: Detalla las estrategias clave que IBM empleará para lograr sus objetivos, como mejorar la calidad y velocidad de los circuitos cuánticos y escalar la tecnología.
    • Why this matters to our clients and the world: Explica la importancia de la computación cuántica para los clientes de IBM y para el mundo en general, destacando su potencial para resolver problemas complejos en diversos campos.
    • The technology or innovations that will make this possible: Enumera las tecnologías e innovaciones específicas que permitirán alcanzar los objetivos establecidos, como la mitigación de errores, la gestión de recursos y el desarrollo de software cuántico.
    • How these advancements will be delivered to IBM clients and partners: Describe cómo se entregarán estos avances a los clientes y socios de IBM, incluyendo el desarrollo de hardware y software cuántico, así como la creación de ecosistemas para el desarrollo de aplicaciones cuánticas.

Objetivos a destacar:

  • 2024: Introducir la paralelización de cálculos cuánticos y mejorar la calidad de los circuitos.
  • 2025: Demostrar la primera supercomputadora cuántica centrada y mejorar la ejecución de circuitos cuánticos.
  • 2026: Automatizar y aumentar la profundidad de los circuitos cuánticos, facilitando su uso.
  • 2027: Escalar la computación cuántica, reduciendo el tamaño y el costo de los sistemas.
  • 2029: Entregar un sistema cuántico completamente corregido de errores, capaz de ejecutar cálculos a gran escala.
  • 2033+: Desarrollar supercomputadoras cuánticas con miles de qubits lógicos, desbloqueando todo el potencial de la computación cuántica.
A model of the interior of a quantum computer at the IBM Thomas J. Watson Research Center in Yorktown Heights, N.Y.Credit

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En resumen, las computadoras cuánticas representan un avance revolucionario con el potencial de transformar la tecnología tal como la conocemos. Aunque ofrecen oportunidades sin precedentes en términos de capacidad de procesamiento y resolución de problemas complejos, también plantean desafíos significativos, especialmente en el ámbito de la seguridad digital. La adaptación a esta nueva era tecnológica será crucial para gobiernos, empresas e instituciones, que deberán prepararse para mitigar riesgos y aprovechar las ventajas de esta innovación. El futuro de la computación está en constante evolución, y la transición hacia un mundo cuántico marcará un punto de inflexión en la historia de la tecnología.
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