¿Cuál es el principio detrás de la computación cuántica?

Para comprender una computadora cuántica Q con 3 qubits, primero debe comprender una computadora clásica C con 3 bits. C puede alternar cada bit independientemente y, por lo tanto, hay 2 ^ 3 = 8 estados de los tres bits. Estos forman las esquinas de un cubo tridimensional de la manera obvia, con el estado 111 más alejado de 000 que cualquier otro estado.

Mientras que el espacio de estado de C tiene 3 dimensiones, Q tiene 2 ^ 3 = 8 dimensiones. En términos más generales, el espacio de estado de n bits clásicos tiene n dimensiones, organizadas como un cubo con 2 ^ n esquinas, mientras que el espacio de estado de n qubits tiene 2 ^ n dimensiones.

El espacio de estado de una computadora cuántica con n qubits, por lo tanto, tiene el mismo número de dimensiones que el espacio de estado de una computadora clásica con 2 ^ n bits clásicos. ¡Entonces una computadora cuántica de 43 qubits tendría un espacio de estado cuya dimensión era la misma que la de una computadora clásica con un terabyte de almacenamiento!

Ahora, una computadora paralela capaz de manipular los 10 ^ 12 bytes de una computadora de terabytes en paralelo es mucho más poderosa en general que una que puede manipular los 43 qubits de una computadora cuántica. Sin embargo, hay algunos problemas que pueden resolverse exponencialmente más rápido utilizando una computadora cuántica, especialmente la factorización de enteros en sus constituyentes principales. Dado que una buena parte de la criptografía moderna depende de la dificultad de factorizar, es importante comprender si incluso el tipo de paralelismo muy limitado que ofrece una computadora cuántica puede mejorar el cálculo secuencial clásico.