Este documento trata sobre la mecánica cuántica y la computación cuántica. Explica algunas propiedades no clásicas de la mecánica cuántica como la dualidad onda-partícula y el efecto túnel. También describe el entrelazamiento cuántico y la ecuación de Schrödinger. Luego, introduce la computación cuántica, explicando el qubit como unidad básica de información cuántica y sus características como la superposición y el entrelazamiento. Finalmente, menciona

1. Mécanica Cuántica
Sergio Soto y Alejandro Zapater

2. Mecánica
Cuántica
La mecánica cuántica es la rama de la física que estudia la
naturaleza a escalas espaciales pequeñas, los sistemas
atómicos, subatómicos, sus interacciones con la radiación
electromagnética y otras fuerzas, en términos de cantidades
observables.

3. Propiedades no
clásicas
Dualidad onda-partícula: de la misma
manera que la luz se comporta como
onda o partícula dependiendo del
experimento. Las partículas
cuánticas debido a su tamaño y
masa, se les puede asociar una onda
de De Broglie.
Un electrón de un eV tiene una
longitud de onda de 1250 nm, o poco
más que un picómetro.

4. Efecto tunel: desarrollando la
ecuación de la energía de
Schrodinger, debido a que la
ecuación de la onda se describe
con números imaginarios, existe un
umbral de energía superior a la de
la partícula que provoca que la
onda de esta se pueda mover a
través de este obstáculo. El
problema viene de que este
proceso es inmediato, algo
teóricamente imposible.

5. Propiedades cuánticas
Entrelazamiento Cuántico: Es cuando dos partículas cuánticas, para conservar ciertas
cantidades, como el momento angular se entrelazan al ser creadas a la vez, de la misma
reacción. Es la razón por la que existe la antimateria(electrón vs positrón). Pero en este caso las
partículas no tienen una variables definidas u ocultas que den el resultado de la medición de
antemano. Para conservar el momento girarán en sentidos opuestos, y basta “observar” una para
que la otra haga también “colapse” es decir tenga un giro definido. De nuevo la contradicción de
que ocurre simultáneamente, más rápido que la velocidad de la luz. El hecho de que sea
aleatorio, y no existan variables ocultas como propuso Einstein fue postulado por Bell en los 40 y
en los 50 un experimento demostró la hipótesis de Einstein falsa, la de Bell es aceptada pero no
se descartó el hiperdeterminismo, y el último nobel prize descartó todas las otras opciones
excepto estas dos.

6. Ecuación de Schrodinger
La ecuación de schrodinger dicta el comportamiento de partículas cuánticas, está
basada en los principios de conservación de energía y por lo general da una serie
de soluciones discretas, esto son “orbitales” y números cuánticos en el caso de
los electrones de un átomo. O soluciones continuas, como una onda de
probabilidad para la velocidad o posición de una partícula.

7. Computación
cuántica

8. El Quantum-bit
La unidad mínima de información de la
computación cuántica, en vez del bit,
es el quantum-bit, o qubit.
Esta unidad de información, por sus
características, ofrece un cambio de
paradigma en múltiples ámbitos de la
computación.
Vamos a ver las características
principales que hacen destacar a
estas máquinas.

9. Superposición
cuántica
En la superposición, los qubits pueden
representar todos los estados posibles
entre el 0 y el 1, a diferencia de los
bits de la computación clásica, que
representan 0 o 1.
Esta superposición de qubits le da la
capacidad a las computadoras
cuánticas de realizar un gran número
de operaciones simultáneas, de forma
paralela.

10. Entrelazamiento
Cuando varios qubits se relacionan en
un computador cuántico, el
entrelazamiento entre ellos es una
propiedad que resulta muy útil.
Dicho en términos simples, el
entrelazamiento de qubits nos permite
saber el estado de varios qubits
midiendo solamente uno.
Estas características permiten crear
algoritmos y soluciones mucho más
eficientes que las convencionales a
problemas muy complejos.

11. Desafíos,
decoherencia
La computación cuántica implica
grandes desafíos.
Probablemente el más grande de ellos
es la decoherencia cuántica. Cualquier
factor externo puede alterar los
procesos de estas computadoras,
afectando a la reversibilidad de los
pasos de los algoritmos cuánticos.
Por ello, hacen falta condiciones
extremas para que funcionen:
temperaturas cercanas al cero
absoluto, cámaras de vacío,
aislamiento del campo magnético, uso
de materiales superconductores…

12. Aplicaciones
Machine Learning
Optimización empresarial
Simulación cuántica Criptografía
El entrenamiento de máquinas conlleva
un gran costo computacional. La
computación cuántica es mucho más
eficiente en esta tarea.
La ejecución de algoritmos de
optimización inspirados en la
computación cuántica han resuelto
problemas que antes resultaban
imposibles.
Las computadoras cuánticas son
especialmente buenas para simular
fenómenos cuánticos, ya que pueden
gestionar su complejidad y ambigüedad
sin problema.
Si bien la computación cuántica pone
en jaque a la criptografía actual, abre
las puertas a nuevas formas de
encriptación de datos mucho más
seguras.