descripcion de los bits y cubits

1. Bits y Cúbits
En el mundo de la informática y comunicaciones somos muy conscientes de que
es un bit, una unidad de medida, código informático o lenguaje binario, permite
la comunicación entre las computadoras emplean un patrón ya establecido como
cálculos en diversos temas de las matemáticas.
Pero la pregunta es ¿Qué es un CÚBITS?; para ser más exactos no hace mucho
tiempo este concepto solo era teórico y los computadores cuánticos por lo cual
no eran muy explícitos
Primero debemos de empezar que los equipos cuánticos se teorizaron en la
década de 1980. Debió al que solía considerarse uno de los aspectos más
embarazosos y difíciles de explicar para la física de aquel entonces. Los grandes
progresos o proezas científicos se enfrentaban a la imposibilidad de modelar
incluso sistemas simples. Fue gracias a esta necesidad de crear una nueva rama
de la física «LA MECÁNICA CUÁNTICA» que empezó a desarrollarse entre 1900
y 1925.
recién a principios del 2019 IBM presento su primera computadora cuántica de
manera comercial el cual contenía 20 cúbits, sin embargo esto no se le puede
estar confirmado ya que según lo que estaban anunciando diversos medios de
comunicación muchas de las grandes empresas y compañías como Intel,
Honeywell o Google, y otras más, ya tenían prototipos de ordenadores cuánticos
para sus respectivas investigaciones y mucho más potentes, además no
podemos omitir que estamos dando pasas en miniatura por la razón que muchos
de estos equipos pueden ser considerados productos o prototipos con carencias
y defectos, por lo que su contribución en la práctica está siendo limitada en por
razones políticas y a su vez las agencias de seguridad.

2. Historia y origen del bit
Para poder hablar sobre que es un bit primero debemos de identificar que es el
código binario.
El código binario no es nuevo, y de hecho se ve por primera vez en una obra
china clásica que se conoce como “I Ching”. Que fue escrito alrededor del año
1200 antes de Cristo. Sin embargo, los primeros pueblos que usaron el código
binario con una intención matemática fueron los egipcios, 2400 años antes de
Cristo en jeroglíficos con fracciones muy similares al actual código usadas a
modo de contabilidad, para saber cuánto grano había y de qué bienes se
disponía.
Pese a que los indicios del código binario en China y en Egipto no lo eran al cien
por cien. La primera persona que usa un sistema binario al muy muy similar al
actual es un matemático indio llamado Pingala, En el hindú Pingala (siglo III o IV
a.C.) lo propusieron, coincidiendo en muchos casos con la reinvención del
número 0 y muchos más aspectos.
A lo largo de los siglos el sistema binario se fue perfeccionando, pasando por las
manos de muchos científicos, pero la persona que desarrolla el sistema binario
moderno es un matemático alemán del siglo XVII llamado Gottfried Wilhelm
Leibniz.
En 1948, “Bell Laboratories” o laboratorios Bell traducido al español anunció la
creación del primer bit definida como una unidad de medición de la información.
La idea se basó en su creador Claude Shannon la implementación un logro
revolucionario afirmando: «Los mensajes no siempre tienen sentido, y que lo
tengan o no son aspectos semánticos de la comunicación... irrelevantes para el
problema de ingeniería».
Shannon no fue el único que logro dar grandes aportes al bit, John Tukey fue el
que definió al bit como «digito binario» como la unidad más pequeña posible de
información en la informática digital. En una representación sencilla un átomo o
pulso eléctrico puede representar un 1 o un 0.

3. Una definición del bit «No sólo es diminuto, sino también abstracto: un dígito
binario. Tendiendo puentes entre la física del siglo XX y la del siglo XXI, John
Archibald Wheeler».
Se define al bit como una unidad de información estándar, mientras tanto el byte
es equivale a un conjunto ordenado de 8 bits. A la hora de identificar la unidad
de byte, no existe un símbolo actualmente aceptado de forma internacional.
El concepto de byte comenzó a utilizarse en el año 1957 por el científico
informático Werner Buchholz, durante el diseño del IBM 7030 Stretch.
En su concepto original un byte era un conjunto ordenado de 4 bits, pudiendo
abarcar de 1 a 16 bits. Finalmente, se redujo a 3 bits, pudiendo abarcar de 1 a 8
bits. Finalmente, el byte de 8 bits se consolidó como estándar por el sistema IBM.

4. ¿Qué es el Cúbit?
Conocido como el bit cuántico (del inglés
quantum bit o qubit) es un sistema cuántico con
dos estados propios y que puede ser manipulado
arbitrariamente. Solo puede ser descrito
correctamente mediante la mecánica cuántica, y
solamente tiene dos estados bien distinguibles
mediante medidas físicas. También se entiende
por cúbit la información que contiene ese
sistema cuántico de dos estados posibles.
El cúbit es la unidad mínima y por lo tanto
constitutiva de la teoría de la información
cuántica. Es un concepto fundamental para la
computación cuántica y para la criptografía
cuántica, el análogo cuántico del bit en
informática.
Su importancia radica en que la cantidad de información contenida en un cúbit y,
en particular, la forma en que esta información puede ser manipulada son
fundamental y cualitativamente diferentes de las de un bit clásico. Hay
operaciones lógicas, que son posibles en un cúbit y no en un bit.
Para entender cómo funcionan los cúbits, primero hay que comprender tres
principios esenciales de la mecánica cuántica:
1. La superposición: Se aplica a los sistemas cuánticos que pueden asumir dos
estados al mismo tiempo. Esto se puede entender fácilmente mediante el
sistema binario en lugar de 1 o 0, los sistemas cuánticos pueden asumir 1 y
0, así como muchos otros estados intermedios de forma simultánea. Pero
solo hasta el momento de medir los datos.
2. El entrelazamiento cuántico: Nombra un fenómeno de la mecánica cuántica
que Albert Einstein describió como una “espeluznante acción a distancia”.
Se trata de dos o más partículas que se enredan entre sí y crean un sistema
global conectado en lugar de estados individuales definidos. Si se realizan
cambios en una partícula, éstos tienen efecto en las partículas del sistema
conectadas.
3. El colapso cuántico: Es el momento en el que los sistemas que estaban en
una superposición indefinida “colapsan” a través de la medición u
observación. Así, pasan a un estado definido como 1 o 0.
Ilustración 1 :Representación gráfica de
un qubit en forma de esfera de Bloch:
aparte de los estados {|0>,|1>}, son
posibles estados generales de tipo |Psi>.

5. ¿Cuál es la diferencia entre Cúbits y bits?
El bit tiene algo en común con el bit cuántico: ambos son la unidad de cálculo y
almacenamiento más pequeña de sus respectivos sistemas informáticos. Sin
embargo, ahí acaban las similitudes, porque a diferencia de la unidad de medida
binaria de los ordenadores clásicos, el bit cuántico es una unidad de medida
mecánica cuántica. Pero, ¿qué significa exactamente?
Lo primero que hay que entender es cómo funciona el bit. Como muy tarde,
desde que la serie de películas “Matrix” acercó a un público de millones de
personas temas complejos como la inteligencia artificial y las simulaciones
informáticas, muchos también están familiarizados con los unos y ceros binarios.
Un bit se basa en el código binario y representa la unidad más pequeña de datos
en las tecnologías digitales. Los bits pueden asumir el estado 1 (“true/on”) o 0
(“off/false”).
Sin embargo, los bits cuánticos no se basan en un código binario, por lo que no
tienen que “decidir”. Desde el punto de vista del concepto mecánico cuántico de
superposición, un cúbit se encuentra simultáneamente en el estado 1 y 0.
Además, puede asumir numerosos estados intermedios, como “un tercio de 0” o
“dos tercios de 1”. Solo en el momento de la medición, los cúbits asumen un
estado binario definido debido al colapso cuántico.
Los cúbits se representan mediante una superposición de varios estados
posibles. Un cúbit utiliza los fenómenos de superposición de la mecánica
cuántica para lograr una combinación lineal de dos estados. Un bit binario clásico
solo puede representar un único valor binario, como 0 o 1, lo que significa que
solo puede estar en uno de dos estados posibles. Sin embargo, un cúbit puede
representar un 0, un 1 o cualquier proporción de 0 y 1 en la superposición de
ambos estados, con una probabilidad determinada de ser un 0 y una probabilidad
determinada de ser un 1.
La superposición permite que los algoritmos cuánticos procesen la información
en una fracción del tiempo que se tardaría incluso en los sistemas clásicos más
rápidos para solucionar determinados problemas como, por ejemplo:
La cantidad de información que un sistema de cúbits puede representar aumenta
de manera exponencial. La información que 500 cúbits pueden representar
fácilmente no sería posible ni con más de 2^500 bits clásicos. Un equipo clásico
tardaría millones de años en encontrar los factores primos de un número de 2048
bits. Los cúbits podría realizar este cálculo en solo unos minutos.
Mientras los equipos clásicos utilizan los conocidos chips de sílice, los cúbits
(pueden estar hechos de iones atrapados, fotones, átomos artificiales o reales,
o cuasipartículas. En función de la arquitectura y los sistemas de cúbits, algunas
implementaciones necesitan que los cúbits se mantengan a temperaturas
cercanas al cero absoluto para su funcionamiento, pero con la ventaja de que
permite que los algoritmos cuánticos utilicen otros fenómenos de la mecánica
cuántica.

6. Juntos, la superposición, la interferencia y el entrelazamiento crean una
capacidad de cálculo que puede solucionar problemas con una velocidad
exponencialmente más rápida que la de los equipos clásicos.
Del mismo modo que un bit binario es la unidad básica de información en la
computación clásica (o tradicional), un cúbit (o bit cuántico) es la unidad básica
de información en la computación cuántica. La computación cuántica está
permitiendo nuevos descubrimientos en campos como la asistencia sanitaria, la
energía, los sistemas ambientales, los materiales inteligentes, etc.

7. .
LOS CRISTALES DE TIEMPO
Si queremos saber cómo funcionan actualmente los cúbit demos de conocer a
los responsables de ser posible esto.
En 2012, el físico teórico estadounidense Frank Wilczek propuso un polémico
concepto para describir un nuevo estado de la materia que desafiaba las leyes
de la física. "Cristales de tiempo", quien en 2004 ganó el Premio Nobel de física
por su gran aporte.
Al principio, varios de sus colegas dijeron que era simplemente imposible crear
cristales de tiempo, pero luego, varias investigaciones, incluyendo un reciente
estudio de la Universidad de Granada en España, han comenzado a mostrar que
quizás sí es posible crear este extraño material.
Producir estos cristales nos permitiría medir el tiempo y la distancias con una
"precisión exquisita", como escribió Wilczek en un artículo en la revista Scientific
American.
Para entender el concepto primero debemos tener en claro qué es un cristal y
los estados de la materia.
En física, un cristal o salido se define como un objeto cuyos átomos están
ordenados de tal manera que crean un patrón que se repite.
En un líquido, las moléculas se distribuyen de manera simétrica, como un
enjambre uniforme.

8. Mientras tanto es estado gaseo tiene una gran cantidad de átomos ligeros y
separados los unos de los otros sin orden alguno, pero con sus átomos unidos
entre sí.
En un cristal, en cambio, las moléculas se agrupan formando redes y estructuras
que van creando una secuencia.
Por eso, Wilczek dice que "los cristales son las sustancias más organizadas de
la naturaleza".
Entonces, si ya sabemos que un cristal está formado por patrones que se repiten
en el espacio, surge la pregunta ¿Es posible crear un cristal cuyos patrones no
se repitan cada cierta distancia, sino cada cierto tiempo?
ROMPER LA SIMETRÍA
Un líquido es simétrico, es decir, sus propiedades son iguales en cualquiera de
sus puntos. Si de alguna manera se logra romper esa simetría, el líquido deja de
ser líquido y se convierte, por ejemplo, en el agua. En su estado líquido es
simétrica, pero al congelarse sus partículas se convierten en cristales que
rompen esa simetría, creando un patrón que se repite a lo largo de su estructura.
En su investigación, Hurtado y su equipo querían romper la simetría de un fluido,
pero no a lo largo de su espacio, sino del tiempo. Para ello, en una
supercomputadora simularon aplicarle al fluido llamado "campo externo de
empaquetamiento".
Ese campo lo que hace es empujar algunas de las partículas del fluido y frenar
a otras, con lo cual se produce una acumulación de partículas que a su vez
produce una onda que viaja de manera constante por el sistema.
El resultado fue que el paquete de partículas comenzó a viajar incesantemente
por el sistema, siendo paradójicamente, su estado de reposo el movimiento
constante a lo largo el tiempo.
"El sistema forma un paquete compacto de partículas que lo hace viajar en el
tiempo", dice Hurtado. De esa manera surge un estado de la materia que no se
comporta como un fluido, pero tampoco como un cristal sólido de los que vemos
habitualmente.

10. REQUISITOS PARA LA CREACIÓN DE UN CUBIT
El tiempo de coherencia de un cubit es el tiempo en el que puedes estar
utilizando sin perder la información, teniendo como objetivo en tiempo de utilidad
que este pueda ofrecer.
CUBITS NATURALES
Para obtener un bit cuántico en la naturaleza nos tenemos que dirigir a lo más
pequeño de una molécula que conocemos y que podamos manipular, en la
actualidad se emplean átomos con una cantidad de energía ya determinada,
entre ellas sus orbitales en los que se encuentra los electrones de un átomo
poseen ya una energía de entrada y salida, nuestro objetivo es cambiar la
energía en una medida justa para crear un cubit.
Para esto seleccionamos 2 electrones en un nivel de energía muy aproximados
entre ellos y para cambiar los niveles de energía se aplican determinada cargar
de energía pequeñas.
Para mantener estos niveles de energía ya predeterminados se limita el uso de
la energía a la corriente eléctrica o láser para estos fines lo que provoca una
mínima probabilidad de que suceda una anomalía.
La pregunta ¿cómo se aplica este conocimiento en la realidad?
Pues es simple, se atrapa estos mismos átomos en una cavidad QED, estos
generan un campo electromagnético que logran confinar átomos.

11. Existen problemas a la hora de aplicar este mismo fenómeno, como tratar de
conectarlos los unos con los otros y que a su ves estén en una superposición ya
definida o que no se alteren los la cantidad de energía que almacenan los
electrones.
Pues para esto se crearon los átomos artificiales con la capacidad de controlar
los cubit disparando luz, además de generar vibraciones para generar 12 cubits.
CIRCUITO LC Y LOS PARES DE COOPER:
El circuito tradicional mejor conocido como el “circuito LC”, empleamos una gran
variedad de condensadores, conductores y el principio de la inductancia para la
generar un circuito eléctrico más potente, con el objetivo de generar un campo
electromagnético y que funciones con funcionamiento al transmitir energía.

12. Las pares cooper surgen como una iniciativa de crear circuitos electrónico
cuánticos, atrapando un conjunto de átomos, a este fenómeno se les llama pares
de cooper, estos pares al entrelazarse los unos con los otros crean un super
estado colectivo o mejor conocido como los superconductores.
Para crear un bit cuántico creamos un circuito LC en miniatura, hecho por
superconductores, para que se vuelva un oscilador cuántico, que emitan
vibraciones muy restrictivas y únicas.
Para cambiar el estado electromagnético de un oscilador cuántico solo es
necesario emitir un pulso electromagnético en microondas. De esta manera es
más fácil cambiar y leer el estado cuántico de un Cubit que empleando métodos
convencionales.
UNION JOSEPHSON
Este método tiene un problema, que es con la nivelación de energía en torno a
la generación de filtración producida por la distancia entre cubit.
Para solucionar este suceso, se emplea la unión Josephson, que consiste en
colocar una fina capa de aluminio, se deja en contacto con el oxígeno para la
generación de oxido en su superficie, acto seguido se deposita una segunda
capa de aluminio y se procede a bajar la temperatura para que el aluminio se
transforme en superconductor y listo.
La característica de una unión Josephson es que al emplear una corriente
eléctrica sobre esta y ambos se encuentren separados por una capa de oxido,
pueden seguir comunicándose de manera cuántica.
Puesto en la práctica funcionaria de la misma manera que el principio de la
inductancia, pero con un principio distinto.
En la práctica surgen la gran ventaja de que se emplea esta misma rareza para
los cubits, empleando una berrera, la cual no debe de ser conductor, como el
carbono y luego se apila un superconductor, luego otra barrera de carbono,
superconductor y así sucesivamente.

13. Para evitar los problemas como la generación de vacíos o huecos de aire, se
emplean los nano hilos y también una doble capa de superconductores, que se
regulan en un campo electromagnético, en un “SQUID” dispositivo
superconductor de interferencia cuántica por sus siglas en ingles.
CAJA DE PARES DE COOPER
Es un tipo de sistema de corriente eléctrica creado con especialmente para los
cubits.
Esta formado por las uniones de un “SQUID” y entre dos “UNIÓNES
JOSEPHSON”, conectado a un “SISTEMA ELECTROMAGNÉTICO” por donde
se embia la corriente electrica.

14. El nombre de “CAJA” está relacionado con la división del SQUID en dos partes.
La “ISLA” y el “DEPÓSITO” como caja vacía y caja llena.
El funcionamiento de este circuito se ejecuta cuando encendemos la corriente
eléctrica, de esta manera podemos converger los pares del deposito en la parte
de la isla para generar un desequilibrio de átomo, con la diferencia siempre de
un pelín eléctricamente, a este tipo de cubit también se le conoce como cubit de
carga.
Ahora podemos definir que la caja con un par 1 y caja sin el par 0.

15. La razón por la que se dice que un cubit es 0 y 1 a la vez es que estos siempre
están en una superposición, debido a las propiedades de los materiales con los
que se emplean y también a los superconductores como se muestra en la
imagen.
EL TRANSMÓN
El sistema de caja de pares de Cooper es un sistema muy único en la actualidad
con sus rarezas que presenta, pero time un problema. Es muy inestable y poco
predecible a lamente de trabajar con una gran cantidad de corriente, siendo que
si surge una perturbación energética o en sus niveles alteraría el orden y
desplazaría, con esto podrías darlo por perdido, entonces cual es la solución.
Para erradicar esta problemática se emplea una solución mucho más estable,
para eso se usa un condensador mucho más inmenso, la diferencia es que este
condensador debe de oscilar a los electrones muy poquito, en términos cuantos
reduce la energía que alteran la carga de los sistemas.

16. El transmón es un dispositivo que puede conectar al SQUID y la corriente
eléctrica que generara el pulso de microondas para poner al cubit en posición.
LA LECTURA EN LOS CIRCUITOS QED
Hay problema cuando se emplean una gran cantidad de partículas dentro de un
sistema, “mientras más complicado es un sistema, es más complicado que las
reglas cuánticas se manifiesten con la máxima pureza”, para la solución de este
problema, se emplea una partícula con muy pocos fotones.
Los circuitos QED son líneas de transmisión en los muy pocos fotones
interactúan con el sistema, causando un gran efecto en los grandes circuitos.
Ahora como sabemos cómo funcia el circuito, ¿Como podemos leer un Cubit?
Para poder leer un Cubit se realizan operaciones matemáticas las cuales
después se aplica un sistema igual a la siguiente imagen.

17. Como se puede apreciar en la imagen se conectar dos circuitos LC, estos al estar
conectados el uno al otro, pueden comunicarse por medio de los puertos y del
transmón.
El circuito LC al estar conectado con el Cubit por medio del transmón, tiende a
comportarse de la misma manera que lo hace un mismo cubit, un estado
superpuesto.
Ahora, las computadoras nunca podrán leer la anomalía del Cubit, para
solucionar esto se envía un pulso electromagnético el cual obligara al cubit a
converger a un estado de frecuencia, debemos de recordar que un Cubit solo
puede estar en 2 estados a la vez por su, en este caso solo puede converger en
0 y 1.
Al ponerlo en practica seria que si deseo poder determinados Cubits, siempre
enviaría pulsos electromagnéticos a cada uno de estos por medio de los circuitos
que se conectan los unos con los otros

19. Diferencias entre la computación convencional y
cuántica
Lenguaje de programación:
La computación cuántica carece de un código propio para programar y recurre
al desarrollo e implementación de algoritmos muy específicos. Sin embargo, la
informática tradicional cuenta con lenguajes estandarizados como Java, SQL o
Python, entre muchos otros.
Funcionalidad:
Un ordenador cuántico no es una herramienta para uso popular ni cotidiano,
como un ordenador personal (PC). Estas supercomputadoras son tan complejas
que solo tienen cabida en el ámbito corporativo, científico y tecnológico.
Arquitectura:
La composición de un ordenador cuántico es más sencilla que la de uno
convencional, y no tiene memoria ni procesador. Estos equipos se limitan a un
conjunto de qubits que sirven de base para su funcionamiento.

20. PRINCIPALES APLICACIONES DE LA COMPUTACIÓN
CUÁNTICA (CUBIT)
La seguridad informática, la biomedicina, el desarrollo de nuevos materiales y la
economía son algunos de los ámbitos que podrían vivir una gran revolución
gracias a los avances en computación cuántica. Estos son algunos de sus
beneficios más interesantes:
Finanzas
Las empresas optimizarían aún más sus carteras de inversión y mejorarían los
sistemas para la detección del fraude y la simulación.
Salud
Este sector se beneficiaría en el desarrollo de nuevos medicamentos y
tratamientos personalizados genéticamente, así como en la investigación del
ADN.
Ciberseguridad
La programación cuántica conlleva riesgos, pero también avances para la
encriptación de datos, como el nuevo sistema Quantum Key Distribution (QKD).
Esta nueva técnica para el envío de información sensible utiliza señales
luminosas para detectar cualquier intromisión en el sistema.
Movilidad y transporte
Compañías como Airbus utilizan la computación cuántica para diseñar aviones
más eficientes. Además, los qubits permitirán avances notables en los sistemas
de planificación del tráfico y la optimización de rutas.

21. ¿Por qué no deberías comprar una computadora
cuántica aun?
Para empezar, puede que los cúbit sean el futuro, pero no el presente en la
actualidad, muchos de ellos a pesar de estar en desarrollo no han dejado de ser
un dolor de cabeza para los científicos y desarrolladores tecnológicos, y eso si
son prototipos de lo que serán en el futuro, como decir que la versión comercial
de un ordenador cuántico moderno no supera a una computadora moderna aun
en todos los aspectos. Anuncios como:
“El primer ordenador cuántico de sobremesa: SpinQ Gemini cuesta 50.000
dólares y pronto llegará un modelo portátil”
“IBM consigue un nuevo récord en la computación cuántica, el primer ordenador
comercial de 53 qubits”
Para ser sinceros no es que pesimista pero por ahora los computadores
cuánticos son algo mediocres, no se comparan con los super computadores en
absoluto, en mi humilde opinión comprar un computador cuántico no es para una
persona el pueblo y mucho menos para un estudiante, sino simplemente
computadoras para personas de tener, y eso ya es mucho mejor clasificar para
solo algunos grupos selectos, que cuenten con un grupo selecto, para ponerte
en cuenta supongamos que compras una computadora cuántica, decides usarla
para hacer diseño gráfico, no le estarías dando el mayor provecho al equipo, una
computadora así está más dirigida para trabajos de ensayo y error, no digo que
se le esté dando un mal uso, sino que el potencial entero que se le puede dar al
equipo no se le está aprovechando al máximo, más conveniente sería comprar
una computadora de 11 generación, con memoria gráfica de 16 GB de memoria
RAM y aun así te alcanzaría como para otras 17 computadoras de esta misma
capacidad para diseño gráfico. También tenemos que tener en cuenta el precio
y la cantidad de cúbits, dentro de unos años este precio empezará a disminuir y
la cantidad de cúbits no será la misma, será muy superior que a las versiones
anteriores como mucho más capases, esperar un tiempo extra no te hará daño