A continuación se presentan algunas definiciones y aclaraciones que ilustran el concepto de una computadora cuántica y explican la diferencia entre una computadora cuántica y una computadora digital convencional.
La computación cuántica estudia los sistemas teóricos de computación ( computadoras cuánticas ) que hacen uso directo de los fenómenos de la mecánica cuántica, como la superposición y el enredo, para realizar operaciones en los datos. Las computadoras cuánticas son diferentes de las computadoras electrónicas digitales basadas en transistores. Mientras que las computadoras digitales requieren que los datos se codifiquen en dígitos binarios (bits), cada uno de los cuales siempre se encuentra en uno de los dos estados definidos ([matemática] 0 [/ matemática] o [matemática] 1 [/ matemática]), la computación cuántica usa la cantidad bits (qubits), que pueden estar en superposiciones de estados. […]
Una computadora clásica tiene una memoria compuesta de bits, donde cada bit está representado por uno o por cero. Una computadora cuántica mantiene una secuencia de qubits. Un solo qubit puede representar una superposición cuántica de uno, cero o cualquier de esos dos estados de qubit; un par de qubits puede estar en cualquier superposición cuántica de 4 estados, y tres qubits en cualquier superposición de 8 estados. En general, una computadora cuántica con qubits [matemática] n [/ matemática] puede estar en una superposición arbitraria de hasta [matemática] 2 ^ n [/ matemática] diferentes estados simultáneamente (esto se compara con una computadora normal que solo puede estar en uno de estos [matemáticas] 2 ^ n [/ matemáticas] estados en cualquier momento). Una computadora cuántica funciona estableciendo los qubits en un estado inicial controlado que representa el problema en cuestión y manipulando esos qubits con una secuencia fija de puertas de lógica cuántica. La secuencia de puertas a aplicar se llama algoritmo cuántico. El cálculo finaliza con una medición, colapsando el sistema de qubits en uno de los estados puros [matemáticos] 2 ^ n [/ matemáticos], donde cada qubit es cero o uno, descomponiéndose en un estado clásico. Por lo tanto, el resultado puede ser a lo sumo [math] n [/ math] bits de información clásicos. Los algoritmos cuánticos a menudo no son deterministas, ya que proporcionan la solución correcta solo con una cierta probabilidad conocida.
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Fuente: computación cuántica
La máquina Turing, desarrollada por Alan Turing en la década de 1930, es un dispositivo teórico que consiste en una cinta de longitud ilimitada que se divide en pequeños cuadrados. Cada cuadrado puede contener un símbolo (1 o 0) o dejarse en blanco. Un dispositivo de lectura y escritura lee estos símbolos y espacios en blanco, lo que le da a la máquina las instrucciones para realizar un determinado programa. ¿Te suena familiar? Bueno, en una máquina cuántica de Turing, la diferencia es que la cinta existe en un estado cuántico, al igual que el cabezal de lectura-escritura. Esto significa que los símbolos en la cinta pueden ser 0 o 1 o una superposición de 0 y 1; en otras palabras, los símbolos son 0 y 1 (y todos los puntos intermedios) al mismo tiempo. Mientras que una máquina de Turing normal solo puede realizar un cálculo a la vez, una máquina de Turing cuántica puede realizar muchos cálculos a la vez.
Las computadoras de hoy, como una máquina de Turing, funcionan manipulando bits que existen en uno de dos estados: un 0 o un 1. Las computadoras cuánticas no se limitan a dos estados; codifican la información como bits cuánticos, o qubits , que pueden existir en superposición. Los Qubits representan átomos, iones, fotones o electrones y sus respectivos dispositivos de control que trabajan juntos para actuar como memoria de computadora y procesador. Debido a que una computadora cuántica puede contener estos múltiples estados simultáneamente, tiene el potencial de ser millones de veces más poderosa que las supercomputadoras más poderosas de la actualidad.
Esta superposición de qubits es lo que da a las computadoras cuánticas su paralelismo inherente. […]
Las computadoras cuánticas también utilizan otro aspecto de la mecánica cuántica conocida como entrelazamiento . […] En física cuántica, si aplica una fuerza externa a dos átomos, puede hacer que se enreden, y el segundo átomo puede asumir las propiedades del primero. átomo. Entonces, si se deja solo, un átomo girará en todas las direcciones. En el instante en que se altera, elige un giro o un valor; y al mismo tiempo, el segundo átomo enredado elegirá un giro o valor opuesto. Esto permite a los científicos conocer el valor de los qubits sin mirarlos realmente.
Los informáticos controlan las partículas microscópicas que actúan como qubits en las computadoras cuánticas mediante el uso de dispositivos de control .
- Las trampas de iones usan campos ópticos o magnéticos (o una combinación de ambos) para atrapar iones.
- Las trampas ópticas usan ondas de luz para atrapar y controlar partículas.
- Los puntos cuánticos están hechos de material semiconductor y se utilizan para contener y manipular electrones.
- Las impurezas de semiconductores contienen electrones mediante el uso de átomos “no deseados” que se encuentran en el material semiconductor.
- Los circuitos superconductores permiten que los electrones fluyan casi sin resistencia a temperaturas muy bajas.
Fuente: Cómo funcionan las computadoras cuánticas (página 1)
Las computadoras cuánticas podrían algún día reemplazar los chips de silicio, al igual que el transistor una vez reemplazó el tubo de vacío. Pero por ahora, la tecnología requerida para desarrollar una computadora cuántica está fuera de nuestro alcance. La mayor parte de la investigación en computación cuántica sigue siendo muy teórica.
Las computadoras cuánticas más avanzadas no han ido más allá de manipular más de 16 qubits [este número de qubits ha aumentado en 2016], lo que significa que están muy lejos de la aplicación práctica. Sin embargo, el potencial sigue siendo que las computadoras cuánticas algún día puedan realizar, rápida y fácilmente, cálculos que consumen mucho tiempo en las computadoras convencionales. Se han realizado varios avances clave en la computación cuántica en los últimos años.
Fuente: Cómo funcionan las computadoras cuánticas (página 2)
A continuación se muestra un artículo relacionado con investigaciones y experimentos realizados por IBM sobre computación cuántica:
IBM lleva la computación cuántica a las masas
