¿Qué es la computación cuántica? ¿Cómo debería uno entrar en este campo?

A medida que los chips de computadora modernos se hacen cada vez más pequeños, ahora son tan pequeños que los efectos cuánticos están surgiendo. No hay forma de evitarlos. Más bien, se puede tratar de usar esos efectos cuánticos en uso y construir un mejor sistema informático. Esto es precisamente de lo que se trata la computación cuántica. La superposición y el enredo son dos propiedades cuánticas que no se encuentran en los sistemas clásicos. Las investigaciones muestran que al usar estas propiedades, se puede acelerar significativamente la computación, la comunicación, etc.

Para comenzar con la computación cuántica, sugeriría, hay un curso en línea sobre Mecánica Cuántica y Computación Cuántica por el Prof. Vazirani, disponible gratuitamente. Este curso comienza desde lo más básico y no asume ningún conocimiento previo en esta materia.

El texto de Nielsen Chuang es un texto clásico en este campo. Primero debe pasar por el segundo capítulo de este libro, que cubre el álgebra lineal esencial. Sin embargo, personalmente siento que, en lugar de comenzar con capítulos posteriores de este libro, debería referirse al segundo y tercer capítulo del libro “De la teoría clásica a la teoría cuántica de Shannon” de Mark Wilde. Este libro está disponible en arXiv. Este libro trata los conceptos básicos con más detalles y es más fácil de entender.

Este gran estudio debería darle una idea básica sobre este tema. Luego puede acercarse a los investigadores para obtener un conocimiento detallado e investigar en uno de los subtemas. Se mantiene una buena base de datos de los investigadores en este tema en el sitio web quantiki.org

La teoría cuántica es la rama de la física que se ocupa del mundo de los átomos y las partículas más pequeñas (subatómicas) dentro de ellos. Se podría pensar que los átomos se comportan de la misma manera que cualquier otra cosa en el mundo, en su propia pequeña forma, pero eso no es cierto: en la escala atómica, las reglas cambian y las leyes “físicas” clásicas que damos por sentado en nuestro día a día mundo ya no se aplica automáticamente. Como Richard Feynman, uno de los más grandes físicos del siglo XX, lo expresó una vez: “Las cosas a muy pequeña escala se comportan como nada de lo que tengas experiencia directa … o como cualquier cosa que hayas visto”. Las computadoras cuánticas tienen el potencial de realizar ciertos cálculos significativamente más rápido que cualquier computadora basada en silicio. Así como una computadora cuántica puede almacenar múltiples números a la vez, por lo que puede procesarlos simultáneamente. En lugar de trabajar en serie (haciendo una serie de cosas de una en una en una secuencia), puede funcionar en paralelo (haciendo varias cosas al mismo tiempo). Solo cuando intenta averiguar en qué estado se encuentra realmente en un momento dado (midiéndolo, en otras palabras) se “colapsa” en uno de sus posibles estados, y eso le da la respuesta a su problema. Las estimaciones sugieren que la capacidad de una computadora cuántica para trabajar en paralelo la haría millones de veces más rápida que cualquier computadora convencional que usemos hoy en nuestra vida diaria, que funcione en las funciones binarias 0’s y 1’s. Independientemente, en el caso de las computadoras cuánticas, usaría El algoritmo de Grover, y eso tomaría tanto tiempo como romper AES128 en una computadora no cuántica igualmente poderosa. Es decir: prácticamente irrompible. Como resultado, AES256 se considera seguro para el uso post-cuántico. AES128 sería rompible con 2 ^ 54 operaciones, que pueden considerarse fáciles de romper. Los bits de una computadora cuántica se llaman qubits. Cada uno de estos bits está en superposición de cero y 1 hasta que detenga el programa y mida el bit. En ese punto, “elige” ser uno o cero, dependiendo probabilísticamente de todas las operaciones que han ocurrido desde que el programa comenzó a ejecutarse. Es esta propiedad misteriosa la que le da a la computación cuántica cantidades increíbles de energía (¡si es que alguna vez podemos construir una a escala!), Pero también las hace increíblemente difíciles de usar. Construir una computadora cuántica universal viable que pueda superar a una computadora clásica sería (será) la mayor hazaña de destreza técnica en la historia humana. Nadie sabe si realmente podemos hacer esto o, si es así, cuándo lo haremos.

La computación cuántica es un campo interdisciplinario que estudia los sistemas teóricos (** computadoras cuánticas **) que hacen uso directo de los principios de la mecánica cuántica, como el enredo del principio de superposición para la computación.

La computadora que se usa hoy en día se llama computadoras clásicas. usan el bit para almacenar información y realizar cálculos, pero la computadora cuántica usa qubit. la diferencia entre ellos es bit store 0o 1 (o es un sistema de dos estados) bot qubit puede almacenar 0 y 1 y superposición de ambos. Ejemplo: si representa 1 girando hacia arriba del electrón, 0 gira hacia abajo y podría haber estados que son la superposición de ambos (vea el estado singlete del sistema de dos electrones) de modo que un qubit almacena más información que el bit y puede realizar el cálculo más rápido

ahora, ¿por qué usar computadoras cuánticas?

Los estados en sistemas cuánticos solo pueden ser representados eficientemente por computadoras cuánticas. ahora hay varios problemas más que las computadoras clásicas no pueden resolver en un período de tiempo razonable como la factorización de enteros (Factorización de enteros – Wikipedia), que sustenta la seguridad de los sistemas criptográficos de clave pública (criptografía de claves públicas – Wikipedia), que pueden ser fáciles y efectivos resuelto por computadoras cuánticas. Este campo es bastante nuevo y, a partir de 2017, el desarrollo de las computadoras cuánticas reales todavía está en pañales, pero se han llevado a cabo experimentos en los que se ejecutaron operaciones computacionales cuánticas en un número muy pequeño de bits cuánticos.

para obtener más información, debe consultar el libro clásico * Computación cuántica e información cuántica * (Computación cuántica e información cuántica). por Nielsen, Michael (Michael Nielsen – Wikipedia); Chuang, Isaac (Isaac Chuang – Wikipedia) Cambridge: Cambridge University Press.

En la India, el instituto de investigación Raman, el laboratorio de investigación física casi todos IISER y algunos nuevos IIT trabajan en este campo (experimentalmente en su mayoría), algunos físicos en JNU Delhi también trabajan en computación cuántica.

Comprenda qué es la computación cuántica y cómo funciona y va a cambiar el mundo de las supercomputadoras.

Computadora cuántica: la máquina del futuro – Technischblog

Puedes consultar el siguiente enlace

La respuesta de Monishwaran Maheswaran a ¿Cómo funciona teóricamente una computadora cuántica y cuáles son sus capacidades?