¿Cómo diferirán las computadoras cuánticas de las computadoras actuales (términos simples)?

Las computadoras cuánticas usan las propiedades (extrañas) de la física cuántica para realizar cálculos. En la actualidad, se conoce un número relativamente pequeño de algoritmos en los que una computadora cuántica proporcionaría la respuesta más rápidamente que una computadora clásica similar.

Los algoritmos tienden a proporcionar la respuesta correcta con una cierta probabilidad. Por eso, la respuesta debe ser verificada. En algunos casos, como la factorización, esa verificación se realiza simplemente dividiendo el número original por los posibles factores producidos por el algoritmo. En otros casos donde no es posible una verificación directa, el algoritmo puede ejecutarse repetidamente hasta que se desarrolle la confianza suficiente.

Como dijo otra respuesta, “computadora cuántica” es de alguna manera un término inexacto. Debido a que las funciones realizadas son limitadas (y porque preparar las entradas y verificar la respuesta son problemas clásicos), el dispositivo cuántico será parte de un sistema informático más grande. De esta manera, es muy parecido a una unidad de coma flotante en una computadora moderna. (Debido a esto, me refiero a los coprocesadores cuánticos cuando soy preciso.) Sin embargo, en contraste con el otro autor, creo que es probable que los coprocesadores cuánticos prevalezcan (si se resuelven los problemas de ingeniería) simplemente porque el algoritmo de Grover para buscar datos sería conveniente para muchos problemas. (Grover’s permite buscar un conjunto de datos desordenados en tiempo sublineal. Dicho de otra manera, en una computadora clásica, para mirar un conjunto de datos sin clasificar para encontrar un elemento en particular, esperaría mirar los elementos uno por uno hasta que encuentre el que desea. En promedio, eso llevaría hasta que haya mirado la mitad de los elementos. Grover toma menos tiempo que eso).

Las computadoras digitales como la que está leyendo esto funcionan de manera muy diferente a sus equivalentes cuánticos.

Una computadora digital funciona de una manera muy procesal. Le pido que calcule una operación. Convierte esa solicitud en una gimnasia de electrones que da como resultado un estado final que puedo leer e interpretar.

Una computadora cuántica está un poco más involucrada. Como una computadora digital, le doy un conjunto o instrucciones que interpreta y computa.

Pero en lugar de mover un montón de electrones, manipula el giro de algunas partículas subatómicas llamadas qubits. Medirlos también es realmente molesto, debido a algo llamado Incertidumbre, cada vez que trato de medir directamente el sistema efectivamente se “rompe”. En cambio, mido indirectamente un sistema, pero ese es un proceso imperfecto y podría estar equivocado.

Como resultado, los sistemas cuánticos se basan en análisis estadísticos y mucha repetición. Ejecuto el mismo cálculo en una serie de qubits repetidamente para obtener una gran muestra de mediciones potenciales. Luego uso estadísticas para inferir la respuesta con un grado suficiente de certeza a partir de mis datos, y lo llamo un día.

Esta arquitectura hace que algunas de las tareas simplistas de la computación digital (álgebra básica, por ejemplo) sean un dolor enorme en una computadora cuántica. Pero también permite que los QC usen sus propiedades únicas para resolver algunos problemas matemáticos mucho más rápido y simular simultáneamente situaciones de una manera verdaderamente aleatoria.

Tales propiedades hacen que los QC sean fantásticos para guiar los sistemas de aprendizaje no estructurados para la inteligencia artificial, modelar comportamientos complejos en simulaciones de palabras reales y garantizar que la computación cuántica sea lo más importante para interrumpir la criptografía desde que Alan Turing y Bletchley Park rompieron Enigma con su propia computadora en la Segunda Guerra Mundial.

Las computadoras cuánticas son complementos especializados a las computadoras convencionales para resolver una clase particular de problemas matemáticos intratables. Son un regreso a los días en que las computadoras trataban de descifrar números en lugar de, como lo son ahora, ser dispositivos de comunicaciones sofisticados. Así como muy pocas personas usaron computadoras en los años 40 y 50, pocas personas usarán directamente computadoras cuánticas. Sin embargo, pueden tener efectos masivos en la vida cotidiana al encontrar cosas como nuevos materiales y medicamentos al modelar cosas demasiado grandes para las computadoras actuales.

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