Se debe a los fenómenos de superposición (que es la parte 1 y 0 que mencionó). El enredo también juega un papel (ser capaz de enredar múltiples qubits).
Pero realmente en el corazón de la computación cuántica, el beneficio proviene de la interferencia , y de organizar inteligentemente el problema para resolverlo.
Es posible que haya escuchado cómo los objetos a escala atómica tienden a tener tanto una naturaleza de onda como una naturaleza de partículas . Esta naturaleza ondulatoria permite que las cosas interfieran, tanto constructiva como destructivamente.
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El algoritmo de Shor para factorizar grandes números semi-primos organiza los qubits de tal manera que las respuestas correctas interfieren constructivamente y las respuestas incorrectas interfieren destructivamente , de modo que cuando se miden al final, hay una buena posibilidad de que los qubits colapsen en la respuesta correcta. (Es probabilístico, por lo que repetirlo aumenta su confianza de que tiene la respuesta correcta).
No se sabe que las computadoras cuánticas ayuden con la mayoría de los problemas estudiados en informática. Hay muchos problemas que las computadoras clásicas ya pueden resolver de manera eficiente, y hay muchos problemas que no creemos que sean resueltos de manera eficiente ni por las computadoras clásicas ni por las cuánticas. Actualmente, se sabe que solo un pequeño número de problemas se benefician de la computación cuántica, e incluso entonces, el beneficio no siempre es tan grande; en el caso de la factorización, el beneficio es enorme. Las computadoras clásicas no pueden factorizar grandes números semi-primos en un período de tiempo razonable.
El otro gran beneficio es simular sistemas de mecánica cuántica, y eso en realidad es más similar a un problema de memoria.
Si imagina simular una mesa de bolas de billar, cada bola de billar adicional que agregue necesitará algunos números, por ejemplo, dos números para la posición de la bola y dos números para su velocidad. Necesitaríamos 4 números para una bola, 8 números para dos, 12 para tres, 16 para cuatro, etc.
Pero si desea simular una mesa de billar cuántica , donde las bolas de billar actúan como objetos de mecánica cuántica, cada bola adicional duplicaría la cantidad de números que necesita para realizar un seguimiento. Esto se debe nuevamente a la forma en que los objetos de mecánica cuántica pueden enredarse entre sí e interferir entre sí. Cada bola adicional puede enredarse con todas las bolas anteriores, por lo que una bola podría necesitar 4 números, dos bolas necesitarían 8 números, tres necesitarían 16, cuatro necesitarían 32 …
Entonces, si queremos simular una mesa clásica con 100 bolas, necesitamos algo así como 400 números. Pero una mesa de billar cuántica con 100 bolas necesitaría algo así como 2 ^ 100 números, que es algo así como 1,270,000,000,000,000,000,000,000,000,000 números, demasiado grandes para cualquier computadora en el futuro previsible.
Las computadoras cuánticas deberían ser capaces de simular una mesa de billar cuántica con 100 bolas con algo así como 100 qubits, porque podemos organizarlas para que interfieran para tener en cuenta todas las interacciones adicionales que son capaces de hacer los objetos de mecánica cuántica.
Aquí es probablemente donde se mostrarán los beneficios reales de la computación cuántica. Sería realmente útil para los físicos y químicos poder comprender mejor la naturaleza de la mecánica cuántica. Pero también debería ser muy beneficioso para cosas como la ciencia de los materiales, el desarrollo de materiales novedosos, como metamateriales y superconductores, y debería ayudar a los científicos que estudian biología y medicina, permitiéndoles simular cómo funcionan nuestros cuerpos a escala atómica. Comprender cómo las enfermedades nos infectan, cómo los problemas genéticos conducen a cánceres, o cómo los cánceres podrían atacarse mejor, comprender cómo se pliegan las proteínas (en este momento solo podemos descubrir cómo se pliegan las proteínas más pequeñas, debido a la cantidad de números que necesitamos hacer un seguimiento para proteínas más grandes simplemente se vuelve demasiado grande para que podamos tratarlo).
Supongo que también podría haber beneficios con el desarrollo del poder de fusión y tal vez con la mejora del poder de fisión.
En cualquier caso, no es probable que las computadoras cuánticas aceleren la mayor parte de lo que hacemos. A menos que alguien construya un videojuego que dependa de algo como enredos o superposiciones, es probable que las computadoras cuánticas no beneficien ninguno de los juegos que las personas juegan actualmente. En su mayor parte, los beneficios serán indirectos, ayudando a científicos y médicos, en lugar de usuarios de computadoras en general.
