La temperatura de operación de la computación cuántica es muy baja.
La computación cuántica es un paradigma de la informática que se sustenta en el entrelazamiento cuántico y la superposición de la materia. Esto implica una capacidad de procesamiento mucho mayor que la ofrecida por la computación tradicional o clásica.
Mientras que la computación convencional permite la representación de la información de manera binaria y cada bit solo puede tener un estado (0 o 1), la computación cuántica permite que ambos estados se superpongan y recurre a las propiedades de las partículas subatómicas y los átomos para procesar la información. De este modo, la unidad básica de la computación cuántica son los bits cuánticos (qubits), que pueden tener simultáneamente dos estados.
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ResumenHistoria de la computación cuántica
La historia de la computación cuántica se inició en la década de 1980, cuando aparecieron las teorías pioneras acerca de los cálculos cuánticos. Se lo menciona al físico norteamericano Paul Benioff (1930–2022) como un precursor ya que logró demostrar, al menos en la teoría, que una computadora podía funcionar de acuerdo a los principios de la mecánica cuántica.
Lo que hizo Benioff fue proponer un modelo reversible de máquina de Turing de mecánica cuántica. El desarrollo teórico de la computación cuántica continuó con Richard Feynman (1918–1988), quien abogó por el aprovechamiento de los fenómenos cuánticos para el desarrollo de cálculos computacionales.
David Deutsch (1953), por su parte, llevó a cabo la descripción de la primera computadora cuántica que podría realizar la simulación de cualquiera otra computadora de este tipo, lo que implica que una máquina de esta clase puede concretar la ejecución de distintos algoritmos cuánticos. Ya en los `90, aparece la figura de Peter Shor (1959), quien ideó un algoritmo (el algoritmo de Shor) para la descomposición en factores a una velocidad muy superior a la alcanzada por una computadora convencional. Lov Grover (1961), por su parte, propuso otro algoritmo (algoritmo de Grover) para la búsqueda de datos.
De la teoría de la computación cuántica se pasó a la práctica recién a fines de los `90. En este marco, se logró la propagación de un qubit mediante aminoácidos y se creó una máquina de tres qubits que pudo lograr la ejecución del algoritmo cuántico de búsqueda elaborado por Grover.
El algoritmo de Shor con su factorización cuántica, en tanto, se ejecutó por primera vez en 2001. La creación de un qubyte (ocho qubits) y de un bus cuántico fueron otros logros.
En 2011, D-Wave (empresa de computadoras cuánticas) concretó la primera venta de un ordenador de este tipo. Ocho años después, IBM dio a conocer la primera computadora cuántica para utilización comercial.
En la computación cuántica, se denomina puerta cuántica al circuito básico que opera sobre una cantidad reducida de qubits.
Cómo funciona
Para comprender cómo funciona la computación cuántica, primero se debe tener en cuenta el funcionamiento de la computación convencional. En ella, la unidad mínima de información es el bit, que únicamente puede adoptar uno de dos valores (que se representan con 0 y 1). La representación de la información, en este contexto, se logra mediante el uso y la combinación de bits.
En la computación cuántica, en cambio, la unidad mínima de información es el qubit (también mencionado como cúbit). En este caso, existe el principio de superposición cuántica que implica que el qubit puede adoptar distintos valores de forma simultánea. Es decir, un qubit puede ser 0 y 1 a la vez. Esa capacidad de superposición es equivalente a más capacidad a la hora de representar la información.
La computación cuántica, en definitiva, no trabaja con voltajes eléctricos (en la computación tradicional, el 0 y el 1 se asocian a «encendido» y «apagado»). Lo hace a nivel de cuanto: el valor mínimo que una magnitud puede adquirir en un sistema físico. Los qubits, con la superposición cuántica, permiten el desarrollo de muchas operaciones a la vez.
Otro concepto clave es el entrelazamiento. Esta propiedad alude a que dos qubits entrelazados correlativamente pueden ser sometidos a una manipulación para que realicen lo mismo, lo que deriva en la posibilidad de ejecutar operaciones en simultáneo o en paralelo.
El funcionamiento de la computación cuántica también puede incluir la denominada interferencia cuántica. Así, las propiedades inherentes a la superposición son empleadas para anular o potenciar determinados resultados, pudiéndose incrementar la eficiencia cuántica y la precisión de los cálculos.
La computación cuántica permite el desarrollo del aprendizaje automático cuántico.
Desafíos de la computación cuántica
Si bien su historia se remonta cuatro décadas atrás, la computación cuántica aún tiene un largo camino por recorrer. Existen diversos obstáculos y barreras que no resultan de fácil solución y que atentan contra un progreso más rápido.
Por un lado, una computadora cuántica necesita una temperatura ambiental cercana a -273 ºC y estar aislada del campo magnético de la Tierra. De lo contrario, los átomos se desplazarían, chocarían entre sí o establecerían una interacción con el entorno.
Los qubits, en este marco, son sensibles a las perturbaciones. Esto puede causar un error cuántico que modifique aquellos superpuestos y los dirija a un estado clásico.
Se habla de decoherencia cuántica, en tanto, a la pérdida de la reversibilidad de los pasos que implica un algoritmo cuántico. Para lograr una protección de la información frente a errores motivados por la decoherencia, se recurre a lo que se conoce como corrección de errores cuánticos.
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