Entonces hiciste tres preguntas. El primero y el tercero responderé. Para la pregunta intermedia, creo que puede buscar la definición de un átomo o recordar algunos cursos elementales y convencerse de la respuesta correcta.
El principal “truco de magia” que le da a una computadora cuántica, o un algoritmo cuántico, su poder no es realmente la implementación física del Qubit (puede ser cualquier sistema de dos niveles: el estado de energía de un electrón en un átomo, el estado de polarización de un fotón, los niveles de energía de un oscilador armónico …).
Lo importante es que en la dinámica cuántica controlada ideal, los Qubits no son como los bits clásicos con dos estados ([matemática] 1 [/ matemática] o [matemática] 0) [/ matemática] pero realmente lo son, antes de la medición y si se mantienen bien ¡aislado de interacciones externas, en una superposición de los dos estados ! (Por lo tanto, ni [math] | 0 \ rangle [/ math] ni [math] | 1 \ rangle [/ math], sino algo “intermedio” que es [math] | \ psi \ rangle = \ alpha | 0 \ rangle + \ beta | 1 \ rangle [/ math]).
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Los coeficientes [matemática] \ alpha [/ matemática] y [matemática] \ beta [/ matemática] son amplitudes de probabilidad, lo que básicamente significa que si repite una medición en el mismo estado cuántico [matemática] | \ psi \ rangle [/ matemática ] en [matemática] \ {| 0 \ rangle, [/ math] [math] | 1 \ rangle \} [/ math], la frecuencia de los resultados convergerá a su valor absoluto al cuadrado ([math] | \ alfa | ^ 2, | \ beta | ^ 2 [/ matemáticas]).
Esto es lo que hace que las computadoras cuánticas sean potencialmente más poderosas que las computadoras clásicas para realizar ciertas tareas.
Por ejemplo, el algoritmo Deutsch-Jozsa permite conocer la suma de dos valores tomados por una función, por ejemplo, [math] f (0) + f (1) [/ math] probando (o llamando) la función solo una vez. Mientras que una computadora clásica necesitaría llamar [math] f [/ math] una vez para evaluarla en el punto [math] 0 [/ math], luego volver a hacerlo en el punto [math] 1 [/ math].
Otra aplicación de la información cuántica es la seguridad de la comunicación . Puede buscar el protocolo BB84 , es bastante simple de entender y le muestra lo importante que es la superposición, y también lo importante que es que las mediciones del estado de un Qubit se puedan realizar en diferentes bases . (Para que Alice y Bob puedan saber si alguien está tratando de interceptar sus mensajes).
Entonces … la “habilidad” teórica de una computadora cuántica en realidad no proviene de los átomos, aunque son los “sistemas físicos preferidos para hacer un Qubit”, sino más bien el hecho de que la dinámica cuántica está bien controlada (y Este es un gran desafío experimental … ver Decoherencia cuántica.)
Esta superposición de estados parece contradictoria (apuesto a que has oído hablar del gato de Schrödinger) y esto se debe a que construimos nuestra intuición sobre una experiencia macroscópica de la naturaleza.
