La computación cuántica se basa en el uso de qubits en lugar de bits ordinarios y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles algoritmos nuevos. Uno de los mayores obstáculos es la pérdida de la coherencia cuántica que causa errores, y se necesita corrección de errores para sistemas cuánticos escalables que resuelvan problemas útiles.

1. COMPUTACIÓN CUANTICA

2. CONCEPTO
La computación cuántica se basa en el uso de qubits en lugar
de bits, y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen
posibles nuevos algoritmos.

3. QUE ES LA COMPUTACIÓN
CUANTICA?
 La computación cuántica nace con el objetivo de
combinar las propiedades de la física y las ciencias
computacionales para solucionar problemas de
computación.
 La base teórica de la computación tradicional está basada
en saber usar unos y ceros para resolver problemas. Se
utilizan los transistores como elemento principal, de forma
que las diferencias de energía que existan en él son unos y
ceros lógicos. Sin embargo, en la computación cuántica, se
reduce la escala del elemento primario, lo que conlleva una
serie de efectos cada vez más obvios.
 Hasta hoy día, los componentes de hardware han estado
siendo miniaturizados hasta llegar a conseguir nano
circuitos. Sin embargo, vamos a alcanzar un punto en el
que esta miniaturización sea tal que no se pueda avanzar
más en este aspecto. En ese momento tendrá que entrar en
juego la mecánica cuántica.

4. HISTÓRIA
 En las décadas de 1970 y 1980, algunos teóricos como Richard
Feynmann, Paul Benioff, David Deutsch, (y Charles Bennett),
propusieron el concepto de las computadoras cuánticas,
obteniendo como respuesta las dudas de muchos científicos
respecto a que alguna vez ese tipo de computadoras pudieran
llegar a resultar realmente prácticas.
 Sin embargo, Peter Shor , describió en 1994 un algoritmo
cuántico, diseñado para realizar la factorización de números
grandes, de una forma exponencialmente más rápida que las
computadoras convencionales (hasta el punto de poder llegar a
hacer saltar la seguridad de muchos criptosistemas de clave
pública). Esto animó a muchos científicos a intentar explotar las
capacidades de las computadoras cuánticas. Desde entonces,
varios grupos de investigación de todo el mundo han logrado
progresos realmente importantes en este ámbito.

5.  Isaac L. Chiang, uno de los experimentalistas cuánticos más importantes del mundo,
y Mark G. Kubinec, se lanzaron a construir un ordenador cuántico simple que fuera
capaz de ejecutar un algoritmo de búsqueda, denominado “de Grover? en honor a su
creador. En 1998, en la Universidad de California en Berkeley, consiguieron crear bits
cuánticos a partir de átomos de hidrógeno y cloro procedentes del cloroformo. Tras
alinear los núcleos, obligaban a las moléculas a comportarse como ordenadores,
leyendo los resultados mediante resonancia magnética. Utilizaba 5 bits cuánticos (o
qubits), y la factorización de dicho algoritmo es el algoritmo más complejo que se ha
podido demostrar hasta el momento usando una computadora cuántica.
 La División de Investigación de IBM Research ha aportado además múltiples teorías
cuánticas. Sus científicos, por ejemplo, fueron pioneros en criptografía y
comunicaciones cuánticas, así como en metodologías de corrección de errores. Desde
aquí se promulgaron los cinco criterios básicos para la realización de un computadora
cuántica eficiente:
 a) Un sistema físico de escala flexible con qubits bien caracterizados.
 b) Capacidad de inicializar el estado de un qubit.
 c) Tiempos de descoherencia más largos que el tiempo de operación de la puerta
cuántica.
 d) Un conjunto universal de puertas cuánticas.
 e) La capacidad de medir qubits específicos.

6. CARACTERISTICAS
 Cada bit puede presentarse en estados alternativos y discretos a la vez, en la
computación cuántica cada bit llega a estar en múltiples estados en un mismo
instante. Gracias a esto, podremos llegar a reducir exponencialmente el tiempo
empleado por los algoritmos actuales.
 Es factible la reducción drástica de los recursos computacionales que se requieren en
la ejecución de algoritmos, algunos de los cuales requieren muchísimo poder de
cómputo en las computadoras más avanzadas que existen hoy en día.
 La base teórica de la computación cuántica se basa en las interacciones del mundo
atómico, así como en futuras implementaciones de computadoras cuánticas,
obteniéndose por el momento resultados muy alentadores. Además, es uno de los
métodos con mayor futuro debido a que ofrece una gama de prestaciones enormes,
pudiendo llegar a duplicar los dispositivos de almacenamiento más avanzados.
 Los qubits pueden representar cuatro números al mismo tiempo (en lógica binaria
sólo se permite un 1 o un 0 para un único bit), de ahí esta duplicación de capacidad,
no sólo de las memorias o dispositivos de almacenamiento secundario, sino también
del resto de componentes como microprocesadores, tarjetas de sonido, de video, lo
que conllevaría además un aumento de la velocidad de estos microprocesadores.

7. El qubit
Es el elemento básico de la computación cuántica. Su nombre
viene dado por sus siglas: quantum bit, y representa ambos
estados (0 y 1) simultáneamente, dos estados ortogonales de
una subpartícula atómica. Un vector de n qubits representa a la vez
2n estados, de forma que un vector de dos qubits representaría los
estados 00, 01, 10 y 11. Con dos estados discretos
distintos, cualquier sistema cuántico puede servir como qubit,
un spin de electrón que apunta arriba o abajo, o un spin de fotón
con polarización horizontal o vertical.
Compuertas cuánticas
Las compuertas lógicas son semejantes a las que utilizamos en
la actualidad, con la diferencia de que éstas trabajan sobre qubits.

8. Entanglement:
Debido a este fenómeno, si dos partículas son generadas en el mismo
proceso, permanecen relacionadas entre sí, (por ejemplo, la
desintegración en un positrón y un electrón), de tal forma que no se
pueden describir de forma aislada los subsistemas que forman.
Teletransportación cuántica:
Fue descrita por Stean como “la posibilidad de transmitir qubits sin enviar
qubits mientras que en la computación tradicional para transmitir bits
estos son clonados/copiados y posteriormente enviados por diversos
medios de transmisión, en la computación cuántica esto no es posible.
A la hora de enviar un qubit, el receptor no llegará a saber cuál era su estado
anterior con certeza, pues como hemos comentado anteriormente,
cualquier intento de medirlo produce una modificación en dicho estado,
de tal manera que se pierde, siendo ya imposible recuperarlo. Sin
embargo, podemos solucionar este problema a través del fenómeno del
“entanglement». Para ello, lo que se hace es enredar los qubits del emisor
y el receptor, de tal modo que el qubit del emisor se transmite
desapareciendo del emisor, y llegando al receptor el qubit
teletransportado.

9. El paralelismo cuántico
Gracias a la superposición cuántica, utilizando puertas
lógicas cuánticas, podemos llegar a conseguir un
paralelismo, en cálculos, exponencial. Esto es debido
a que a diferencia de los bits convencionales, los bits
cuánticos pueden existir en un estado de superposición.

10. PROBLEMAS DE LA COMPUTACIÓN
CUANTICA
 Uno de los obstáculos principales para la computación cuántica es el problema de
la decoherencia cuántica, que causa la pérdida del carácter unitario (y, más
específicamente, la reversibilidad) de los pasos del algoritmo cuántico. Los
tiempos de decoherencia para los sistemas candidatos, en particular el tiempo de
relajación transversal (en la terminología usada en la tecnología de resonancia
magnética nuclear e imaginería por resonancia magnética) está típicamente
entre nanosegundos y segundos, a temperaturas bajas. Las tasas de error son
típicamente proporcionales a la razón entre tiempo de operación frente a tiempo
de decoherencia, de forma que cualquier operación debe ser completada en un
tiempo mucho más corto que el tiempo de decoherencia. Si la tasa de error es lo
bastante baja, es posible usar eficazmente la corrección de errores
cuánticos, con lo cual sí sería posible tiempos de cálculo más largos que el
tiempo de decoherencia y, en principio, arbitrariamente largos. Se cita con
frecuencia una tasa de error límite de 10-4, por debajo de la cual se supone que
sería posible la aplicación eficaz de la corrección de errores cuánticos.
 Otro de los problemas principales es la escalabilidad, especialmente teniendo en
cuenta el considerable incremento en qubits necesarios para cualquier cálculo
que implica la corrección de errores. Para ninguno de los sistemas actualmente
propuestos es trivial un diseño capaz de manejar un número lo bastante alto de
qubits para resolver problemas computacionalmente interesantes hoy en día.

11. GRACIAS POR SU ATENCIÓN