Quantum computer

He aqui el trigesimo quinto The Thought of The Week by Solid Stone. The Thought of The Week by Solid Stone is a trademark of Liquid Stone Incorporated, Liquid Stone Incorporated is a trademark.

Este es el ultimo ensayo que escribi para una clase de Cuantica basica, disfruten.

Computadora cuántica.

Antes de ver que es una computadora cuántica, veamos como funciona una computadora.

Una computadora funciona con el principio básico de encendido y apagado, regularmente con diferencias de potenciales eléctricos, es decir, cuando se tienen 0 volts es apagado y cuando se tienen 5 volts es encendido, aunque se puede interpretar como un potencial de 0 a 4.7 volts como apagado y de 4.7 volts en adelante como encendido.

Las computadoras solo son aparatos que siguen “recetas” que alguien más invento previamente para solucionar solo algunos de los problemas que se presentan en la vida cotidiana. Estas recetas se llaman algoritmos computacionales que de seguirse al pie de la letra representan una muy buena aproximación a la solución del problema planteado.

Una computadora se utiliza cotidianamente para diversos usos, como hacer tareas, videojuegos, modelación de sistemas físicos o biológicos, almacenamiento de datos, cálculos, etcétera.

El problema con las computadoras es que mientras la tecnología avanza y se crean chips cada vez mas pequeños, estos no pueden ser infinitamente pequeños y hay un limite al llegar a la escala nanométrica, ya que las paredes son tan delgadas que se comienza a observar efecto túnel con los electrones de los chips por lo que se busco una forma de corregir este problema, dando así lugar al uso de las propiedades de la mecánica cuántica.

Una computadora cuántica es un aparato en computación, que hace uso directo de las propiedades de la mecánica cuántica como el principio de superposición y el entrelazamiento para realizar operaciones con datos.

La diferencia entre una computadora clásica y una cuántica es que los bits solo pueden estar en uno de los 2^n estados, mientras que los qubits por el principio de superposición pueden estar en los 2^n estados simultáneamente.

Opera manipulando estos qubits con una secuencia lógica de puertas cuánticas, o mejor conocido como algoritmo cuántico, un ejemplo de ello es el uso de partículas (en particular electrones) que tienen spin arriba y spin abajo, interpretado arriba como 1 y abajo como 0.

Teoría y práctica continúan con las investigaciones con intereses para los campos gubernamentales, militares y civiles.

El principio de superposición señala que si el mundo pudiese estar en cierta configuración cualquier arreglo de partículas o campos, y que si el mundo pudiese estar en cualquier otra configuración, entonces también se pudiese estar en la superposición de los dos donde la cantidad de de cada configuración en esta superposición esta dada por un numero complejo, por ejemplo, si una partícula puede estar en la posición A y la posición B, puede estar una cantidad 3i/5 en la posición A y una cantidad 4/5 en la posición B.

Sin embargo, no es posible saberlo todo, una característica de la mecánica cuántica, es que las propiedades de los sistemas no pueden ser medidas simultáneamente, por ejemplo el caso de la posición y el momento, es decir, si se mide la velocidad de la partícula no se puede medir su posición y viceversa, lo que se conoce también como el principio de incertidumbre de Heisenberg.

El entrelazamiento es una propiedad, en mecánica cuántica, en el que dos estados cuánticos de dos o más partículas, están ligados, así que no se puede describir al primer objeto adecuadamente sin describir el estado de su contraparte. Esta conexión lleva a correlaciones entre las propiedades físicas observables de sistemas remotos, un ejemplo de ello es que estados como el spin, están indeterminados hasta que en cierto tiempo una intervención física es hecha para medir el spin del objeto en cuestión, como un campo magnético.

A pesar de que ambos, la teoría y el experimento, siguen en una etapa de desarrollo temprana, ha habido experimentos en los que se han ejecutado operaciones con un número pequeño de qubits (dígitos binarios cuánticos).

La representación de un qubit es la esfera de Bloch, que geométricamente, es la representación de un estado espacial puro de un sistema de dos niveles quánticos, donde y es el estado, los parámetros q y j únicamente especifican un punto en la esfera unitaria de espacio euclidiano R3. La descripción detallada de este fenómeno se ve en un experimento de interferencia, donde un fotón es lanzado por un divisor de haz o espejo semiplateado, entonces el fotón se divide y llega a dos detectores perpendiculares, el detector A y el detector B al mismo tiempo.

Si se repite el mismo experimento pero ahora con dos espejos completamente reflejantes y dos divisores de haz (interferómetro de Mach-Zehnder), se tiene que al hacer mediciones en los detectores, solo se puede encontrar el fotón en uno de ellos pero no en ambos, sin embargo, se sabe que el fotón llega a los dos detectores, solo que al tratar de medir el camino óptico recorrido por el foton, es imposible saber a que detector llegará.

Si un fotón viaja por el divisor de haz, hay una probabilidad igual de que el fotón llegue al detector A o al detector B, pero el principio de superposición, nos indica que el fotón llegará al detector A , llegará al detector B o llegará a ambos.

En la facultad de ciencias, se realizo este experimento, con un interferómetro de Mach-Zehnder.

Algunos grandes obstáculos todavía no permiten que se construya una de estas computadoras que puedan rivalizar con las computadoras digitales modernas, como son error de corrección, decoherencia, y probablemente la arquitectura del hardware.

La decoherencia es cuando una función de onda colapsa lo que previene que dos sistemas cuánticos interactúen, en realidad la función de onda no colapsa, la decoherencia solo provee una explicación de cómo sería la función de onda si esta colapsara. Ocurre cuando las partículas cuánticas forman cuerpos más grandes y ya no presentan un comportamiento cuántico, si no un comportamiento clásico.

Una de las principales aplicaciones es la encriptación, mediante la aplicación del algoritmo cuántico de Shor, se podría romper cualquier tipo de encriptación. También se utilizaría la computadora cuántica para simular procesos cuánticos, en telecomunicaciones y los usos diversos que se les da a las computadoras digitales.