¿Cómo funciona una computadora cuántica?

Una computadora cuántica basada en compuertas cuánticas (en mi humilde opinión, el único tipo que existe) utiliza una computadora ordinaria para controlar una serie paralela de compuertas cuánticas a medida que realizan una secuencia de transformaciones en una colección de qubits. Eso prácticamente lo resume todo.

Puertas cuánticas

Una puerta cuántica o puerta lógica cuántica es un circuito cuántico rudimentario que opera en un pequeño número de qubits. Son los análogos de las computadoras cuánticas a las puertas lógicas clásicas para las computadoras digitales convencionales. Las puertas lógicas cuánticas son reversibles, a diferencia de muchas puertas lógicas clásicas. Algunas puertas lógicas universales clásicas, como la puerta Toffoli, proporcionan reversibilidad y pueden asignarse directamente a las puertas lógicas cuánticas. Las puertas lógicas cuánticas están representadas por matrices unitarias.

Qubits

Un qubit es un sistema de mecánica cuántica de dos estados, como la polarización de un solo fotón: aquí los dos estados son polarización vertical y polarización horizontal. En un sistema clásico, un bit tendría que estar en un estado u otro. Sin embargo, la mecánica cuántica permite que el qubit esté en una superposición de ambos estados al mismo tiempo, una propiedad que es fundamental para la computación cuántica.

Transformaciones y otros conceptos básicos en computación cuántica

Los modelos de consulta de computación cuántica proporcionaron un entorno natural para los descubrimientos posteriores de “algoritmos cuánticos reales”. El ejemplo más notable es el algoritmo de factorización cuántica de Shor [15], que evolucionó a partir del problema de búsqueda de orden, que se formuló originalmente en el lenguaje de las consultas cuánticas. Siguiendo nuestro “enfoque interferométrico” describiremos este algoritmo en términos de interferometría cuántica multipartícula. Comenzamos con un problema de estimación de fase o valor propio simple.

Sorprendentemente, la aplicación de la estimación de fase óptima a un operador unitario muy particular nos permitirá factorizar enteros de manera eficiente. De hecho, nos permitirá resolver una clase más general de problemas relacionados con la periodicidad de ciertas funciones enteras.

Las computadoras clásicas tienen estados binarios fijos, 0 o 1. Las computadoras cuánticas tienen estados que existen en super posición entre sí. Una partícula puede ser 0 y 1 al mismo tiempo.

Una computadora cuántica es un sistema de partículas sobre el que esencialmente hemos codificado información.

Una de las formas en que funcionan las computadoras cuánticas se llama recocido cuántico.

Si consideramos que todos los estados de nuestras partículas crean un espacio de solución para una función determinada, nuestro espacio de búsqueda aquí es discreto y buscamos un mínimo local. Los mínimos locales corresponden al estado de energía más bajo, que es el estado fundamental de las partículas.