Hay un par de cosas que suceden en la escala de átomos que no suceden en la escala humana con la que todos estamos familiarizados. Los dos grandes son la superposición y el enredo .
La computación cuántica es cualquier computación que aprovecha estos fenómenos (u posiblemente otros fenómenos exclusivos de los objetos de mecánica cuántica) para realizar computaciones que las computadoras clásicas no pueden resolver en una cantidad de tiempo práctica.
En la escala humana, si lanzas una moneda esperas que caiga en cara o cruz, pero en la superposición cuántica un objeto ocupará simultáneamente dos estados mutuamente excluyentes: una moneda cuántica puede ser cara y cruz al mismo tiempo , pero solo así ¡mientras nadie mire! Cuando alguien lo mira (o es “medido” u “observado” o “interactúa con el medio ambiente”), entonces colapsa en uno de los estados.
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Si está familiarizado con los filtros polarizadores con luz, puede comenzar a entender esta jerga. Hablamos de que los filtros polarizadores son como un tipo de filtro de “cerca de piquete” que solo permite, por ejemplo, la luz polarizada “verticalmente” y filtra toda la luz polarizada “horizontalmente” (suponiendo que nuestro filtro esté orientado verticalmente).
Cuando un fotón (un solo “fragmento” de luz) ingresa por primera vez al filtro, no está polarizado, en realidad está en una superposición de orientaciones “horizontales” y “verticales”, pero si pasa a través del filtro vertical, entonces ha sido ” medido ”y ahora está 100% polarizado verticalmente . Si ponemos más filtros orientados verticalmente detrás, pasará por todos ellos. Pero si ponemos un filtro orientado horizontalmente, el fotón desaparecerá.
Sin embargo, si después de pasar a través de un filtro orientado verticalmente, lo enviamos a través de otro filtro que se ha girado 45 grados, de modo que en lugar de ejes verticales / horizontales ahora tenemos ejes diagonales (NW-SE y NE-SW), entonces hemos cambió nuestra “base” de medición, y en esa nueva base el fotón que estaba 100% polarizado verticalmente ahora es una combinación de 50% orientado NW-SE y 50% orientado NE-SW. Por lo tanto, ahora tiene un disparo de 50/50 al pasar por el filtro diagonal. Si pasa a través de él, ahora estará orientado en la dirección del filtro, pero se colocará en una superposición en la base horizontal / vertical.
Entonces, si envía un fotón a un filtro vertical y luego a una serie de filtros que giran unos pocos grados cada uno, puede hacer que el fotón atraviese un filtro orientado horizontalmente, porque tiene una alta probabilidad de pasar a través de cada uno rotado sucesivamente filtro, que esencialmente lo mide en una nueva base, y dado que la rotación es solo un poco, la probabilidad de que el fotón “colapse” en la nueva base es alta.
Entonces eso es superposición. El enredo es algo así como, si pongo una bola roja y una bola azul en una caja, las sacudí y luego inserté un divisor y dividí la caja en dos, con una bola en cada lado, y te envié una las cajas, entonces si abres tu caja para encontrar la bola azul, sabrás instantáneamente qué bola de color encontraré en mi caja. Eso no es tan raro. En el caso cuántico, aunque el rojo / azul se parece más a la polarización horizontal / vertical de los fotones, y se puede cambiar girando nuestra base: puede hacer que su caja sea más o menos probable que sea roja o azul “girando” cómo abrelo. Y la parte realmente extraña es que mi bola tomará instantáneamente el estado complementario de lo que sea que observe cuando vea la suya.
Con estos dos fenómenos, podemos hacer algunas cosas que no podemos hacer con los componentes electrónicos tradicionales.
A menudo verá explicaciones populares de la computación cuántica que describen “probar todas las soluciones posibles a la vez” o trabajar en paralelo, ese tipo de cosas, eso es solo parcialmente cierto. La superposición permite que los qubits (bits cuánticos) “representen todos los números a la vez” de una manera, pero cuando vamos a ver (medir) esos qubits tienen que colapsar en un solo estado, por lo que la clave es descubrir cómo obtenga las respuestas correctas para interferir constructivamente y obtenga las respuestas incorrectas para interferir destructivamente , de modo que cuando vaya a medirlas tengan una alta probabilidad de ser la respuesta correcta.
Hasta ahora solo hay unos pocos problemas en los que sabemos cómo usar esto para una gran mejora, principalmente para romper ciertos métodos de encriptación, como RSA y logaritmo discreto, que pueden romperse con la transformada cuántica discreta de Fourier. (La otra posibilidad emocionante es simular sistemas de mecánica cuántica, que normalmente requieren rastrear muchos más números de los que una computadora clásica puede almacenar de manera factible, pero en un control de calidad podría simularse de manera más práctica, lo que podría beneficiar en gran medida la química y la medicina, especialmente la genética, con proteínas plegado, y posiblemente simulando nuevos compuestos farmacológicos y entendiendo cómo todas esas cosas operan e interactúan físicamente).
He escrito algunas respuestas sobre cómo los QC pueden ser útiles en las siguientes preguntas:
¿Qué cambios drásticos traerá el advenimiento de la computación cuántica en la vida de la gente común?
¿Para qué se usa una computadora cuántica?
