close

Computación cuántica

Saltar a navegación Saltar a búsqueda

La computación cuántica es el conjunto de técnicas computacionales y su estudio que utilizan cuantos para almacenar y procesar información . Hay muchas diferencias con la informática clásica , especialmente en los principios fundamentales .

Orígenes

La máquina de Turing (MT) es una arquitectura de procesamiento utilizada para el estudio de las computadoras tradicionales y la ciencia de la información que se creó con el propósito de crear una computadora y que se construye sobre la base de los axiomas de la física clásica : es decir, el estado de la cinta y la cabeza son siempre identificables de forma única, los movimientos siempre regulados por las leyes del movimiento, etc. Por lo tanto, MT es totalmente determinista (MTD). Una variante equivalente pero más rápida es la máquina de Turing probabilística (MTP). Puede resolver cualquier problema que se pueda resolver a través de MTD, pero generalmente lo hace más rápido (en el sentido de la teoría de la complejidad algorítmica ). Sin embargo, también está sujeto a los axiomas de la física clásica, y sobre todo ninguno de ellos es reversible , debido a la segunda ley de la termodinámica . Dado que la mecánica cuántica es reversible , también lo es una máquina cuántica de Turing (MTQ). También tiene que respetar las restricciones de la mecánica cuántica , incluido el principio de incertidumbre de Heisenberg y la ecuación de Schrödinger .

El desarrollo de un MTQ, por lo tanto de una computadora cuántica , requirió varios pasos.

En 1973 , Charles Bennett demostró que es posible construir un MT reversible. En 1980, Paul Benioff demostró que la reversibilidad es una condición necesaria para lograr un MTQ. Dos años después, Richard Feynman publicó su famoso trabajo sobre la computadora cuántica . En él, establece que:

  1. Un MTD puede simular un sistema cuántico solo con una desaceleración exponencial (en el sentido de la teoría de la complejidad algorítmica ).
  2. Una computadora basada en qubit no está sujeta a esta limitación y, por lo tanto, es un simulador cuántico universal .

Finalmente, en 1985 , David Deutsch de la Universidad de Oxford describió el primer MTQ verdadero.

Los primeros prototipos de computadoras qubit fueron construidos por el Centro de Investigación Almaden de IBM en 1997, midiendo el giro de los núcleos atómicos de moléculas particulares usando resonancia magnética nuclear . Se crearon "procesadores" de 5 y 7 qubits, con los que se aplicó por primera vez el algoritmo de factorización de Shor .

Descripción

Principios

Las reglas que subyacen a la computación cuántica difieren considerablemente de las clásicas y parecen mucho más restrictivas. De hecho, es posible demostrar que las máquinas cuánticas de Turing (MTQ) no solo permiten alcanzar la misma fiabilidad en los cálculos, sino que son capaces de realizar tareas que las máquinas de Turing clásicas no pueden realizar: por ejemplo, generar números verdaderamente aleatorios, y no pseudo -aleatorio.

Estos son los principios: [1]

  1. no-clonación : la información cuántica no puede ser copiada con absoluta fidelidad, y por lo tanto ni siquiera leída con absoluta fidelidad; [2]
  2. en cambio, la información cuántica se puede transferir con absoluta fidelidad, siempre que el original se destruya en el proceso. La teletransportación cuántica fue lograda por primera vez por Nielsen, Klinn y LaFlamme en 1998 ;
  3. cualquier medida realizada sobre un sistema cuántico destruye la mayor parte de la información, dejándola en un estado base . La información destruida no se puede recuperar. Esta es una derivación directa de los postulados de la mecánica cuántica (PMQ);
  4. si bien en algunos casos es posible saber exactamente en qué estado base estará el sistema después de una medición, la mayoría de las veces solo tendremos pronósticos probabilísticos. Esto también proviene directamente de los PMQ;
  5. algunos observables no pueden tener simultáneamente valores definidos con precisión, debido al principio de incertidumbre de Heisenberg . Esto nos impide tanto establecer exactamente las condiciones iniciales antes del cálculo, como leer los resultados con precisión;
  6. la información cuántica puede codificarse, y generalmente lo está, mediante correlaciones no locales entre diferentes partes de un sistema físico. En la práctica, se utiliza el entrelazamiento .

Aproximaciones al qubit

Se puede crear un qubit físico a través de trampas de iones, puntos cuánticos o espines atómicos en semiconductores, superconductores y fotones [3] . Alternativamente, está el enfoque topológico , elegido por ejemplo por Microsoft para crear una computadora cuántica y basado en las propiedades de los gases de electrones bidimensionales, que de implementarse permitiría una mayor resiliencia a los fenómenos de decoherencia o perturbación que aquejan a los primeros.

Críticas

Algunos critican las posibilidades de la computación cuántica, ya que requiere tiempo y energía para tener altas precisiones tanto en la entrada como en la salida . Esto es ciertamente cierto, sin embargo, hay un aspecto que se subestima: la precisión es infinita durante el cálculo. Esto significa que durante el procesamiento complejo, no hay más errores de borrado , desbordamientos o subdesbordamientos causados ​​por la representación digital , como sucede con los procesadores binarios. En otras palabras, un algoritmo cuántico siempre es estable , excepto en la entrada y la salida.

Notas

  1. ^ Alexandr S. Holevo , en Mi.ras.ru. Consultado el 4 de diciembre de 2018 .
  2. ^ William Wootters ( 1982 )
  3. ^ Mente artificial , E. Prati, Capítulo 3 Computadoras cuánticas, EGEA (2017)

Bibliografía

Lecturas Técnicas

libros y folletos

Artículos

Artículos relacionados

Otros proyectos

Enlaces externos

Obtenido de " https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Informatica_quantistica&oldid=122433687 "