La cuantica informatica (qubits) remplazará a los bits dentro de 20 años, aproximados se dice..

1. INFORMATICA
CUÁNTICA
Lo que debemos saber.
La esfera de Bloch es una representación de un qubit, el
bloque de construcción fundamental de los computadores
cuánticos.

2. 2
La computación cuántica es un paradigma de
computación distinto al de la computación clásica. Se
basa en el uso de qubits en lugar de bits, y da lugar a
nuevas puertas lógicas que hacen posible nuevos
algoritmos.
Una misma tarea puede tener diferente complejidad en
computación clásica y en computación cuántica, lo que
ha dado lugar a una gran expectación, ya que algunos
problemas intratables pasan a sertratables. Mientras que
un computador clásico equivale a una máquina de
Turing,[1] un computador cuántico equivale a una
máquina de Turing cuántica.
1 Origen de la computación
cuántica
A medida que evoluciona la tecnología, aumenta la
escala de integración y caben más transistores en el
mismo espacio; así se fabrican microchips cada vez más
pequeños, y es que, cuanto más pequeño es, mayor
velocidad de proceso alcanza el chip. Sin embargo, no
podemos hacerlos chips infinitamente pequeños.Hay un
límite en el cual dejan de funcionar correctamente.
Cuando se llega a la escala de nanómetros,los electrones
se escapan de los canales por donde deben circular. A
esto se le llama efecto túnel.
Una partícula clásica, sise encuentra con un obstáculo,
no puede atravesarlo y rebota. Pero con los electrones,
que son partículas cuánticas y se comportan como
ondas, existe la posibilidad de que una parte de ellos
pueda atravesar las paredes si son demasiado finas; de
esta manera la señal puede pasarpor canales donde no
debería circular. Por ello, el chip deja de funcionar
correctamente.
En consecuencia,la computación digital tradicional no
tardaría en llegar a su límite, puesto que ya se ha
llegado a escalas de sólo algunas decenas de
nanómetros. Surge entonces la necesidad de descubrir
nuevas tecnologías y es ahí donde la computación
cuántica entra en escena.
La idea de computación cuántica surge en 1981,
cuando Paul Benioff expuso su teoría para aprovechar
las leyes cuánticas en el entorno de la computación. En
vez de trabajar a nivel de voltajes eléctricos, se trabaja
a nivel de cuanto. En la computación digital, un bit
sólo puede tomar dos valores: 0 ó 1. En cambio, en la
computación cuántica, intervienen las leyes de la
mecánica cuántica, y la partícula puede estar en
superposición coherente: puede ser 0, 1 y puede ser 0
y 1 a la vez (dos estados ortogonales de una partícula
subatómica). Eso permite que se puedan realizar varias
operaciones a la vez, según el número de qubits.
El número de qubits indica la cantidad de bits que
pueden estar en superposición. Con los bits
convencionales, si teníamos un registro de tres bits,
había ocho valores posibles y el registro sólo podía
tomar uno de esos valores. En cambio, si tenemos un
vector de tres qubits, la partícula puede tomar ocho
valores distintos a la vez gracias a la superposición
cuántica. Así, un vector de tres qubits permitiría un
total de ocho operaciones paralelas. Como cabe
esperar, el número de operaciones es exponencial con
respecto al número de qubits.
Para hacerse una idea del gran avance, un computador
cuántico de 30 qubits equivaldría a un procesador
convencional de10 teraflops (10 millones demillones
de operaciones en coma flotante por segundo),cuando
actualmente las computadoras trabajan en el orden de
gigaflops (miles de millones de operaciones).
1
2 Problemas de la computación
cuántica
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
cuántica, con lo cual sí serían posibles 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.

3. 3
3 Hardware para computación
cuántica
Aún no se ha resuelto el problema de qué hardware sería
el ideal para la computación cuántica. Se ha definido una
serie de condiciones que debe cumplir, conocida como
la lista de Di Vincenzo, y hay varios candidatos
actualmente.
3.1 Condiciones a cumplir
• El sistema ha de poder inicializarse, esto es, llevarsea
un estado de partida conocido y controlado.
• Ha de ser posible hacer manipulaciones a los
qubitsde forma controlada, con un conjunto de
operaciones que forme un conjunto universal de
puertas lógicas (para poderreproducir cualquier otra
puerta lógica posible).
• El sistema ha de mantener sulo largo del
experimento. coherencia cuántica a
4 SOFTWARE PARA COMPUTACIÓN
• Ha de poder leerse el estado final del sistema, tras
el cálculo.
• El sistema ha de ser escalable: tiene que haber una
forma definida de aumentar el número de qubits,
para tratar con problemas de mayor coste
computacional.
3.2 Candidatos
• Espines nucleares de moléculas en disolución, en
un aparato de RMN.
• Flujo eléctrico en SQUIDs.
• Iones suspendidos en vacío .
• Puntos cuánticos en superficies sólidas.
• Imanes moleculares en micro-SQUIDs.
• Computadora cuántica de Kane.
• Computación adiabática, basada en el teorema
adiabático.
3.2.1 Procesadores
En 2004, científicos del Instituto de Física aplicada de la
Universidad de Bonn publicaron resultados sobre un
registro cuántico experimental. Para ello utilizaron
átomos neutros que almacenan información cuántica,
por lo que son llamados qubits por analogía con los bits.
Su objetivo actual es construir una puerta cuántica, con
lo cual se tendrían los elementos básicos que constituyen
los procesadores, que son el corazón de los
computadores actuales. Cabe destacar que un chip de
tecnología VLSI contiene actualmente más de 100.000
puertas, de manera que su uso práctico todavía se
presenta en un horizonte lejano.
3.2.2 Transmisión de datos
Científicos de los laboratorios Max Planck y Niels Bohr
publicaron, en noviembre de 2005, en la revista Nature,
resultados sobre la transmisión de información cuántica,
usando la luz como vehículo, a distancias de 100 km[cita
requerida]. Los resultados dan niveles de éxito en las
transmisiones del 70%, lo que representa un nivel de
calidad que permite utilizar protocolos de transmisión
con autocorrección.
Actualmente se trabaja en el diseño de repetidores, que
permitirían transmitir información a distancias mayores
a las ya alcanzadas.
4 Software para computación
5.2 Años 90
4.1 Algoritmos cuánticos
Los algoritmos cuánticos se basan en un margen de
error conocido en las operaciones de base y trabajan
reduciendo el margen de error a niveles
exponencialmente pequeños,comparables al nivel de
error de las máquinas actuales.
• Algoritmo de Shor
• Algoritmo de Grover
• Algoritmo de Deutsch-Jozsa
4.2 Modelos
• Computadora cuántica de Benioff
• Computadora cuántica de Feynman
• Computadora cuántica de Deutsch

4. 4
4.3 Complejidad
La clase de complejidad BQP estudia el costo de los
algoritmos cuánticos con bajo margen de error.
4.4 Problemas propuestos
Se ha sugerido el uso de la computación cuántica como
alternativa superior a la computación clásica para varios
problemas, entre ellos:
• Factorización de números enteros
• Logaritmo discreto
• Simulación de sistemas cuánticos:conjeturó en
1982 que los ordenadores cuánticos se-Richard
Feynman rían eficaces como simuladores
universales de sistemas cuánticos,y en 1996 se
demostró que la conjetura era correcta.[2]
5 Cronología
5.1 Años 80
A comienzos de la década de los 80, empezaron a surgir
las primeras teorías que apuntaban a la posibilidad de
realizar cálculos de naturaleza cuántica.
1981 - Paul Benioff
Las ideas esenciales de la computación cuántica
surgieron de la mente de Paul Benioff que trabajaba en
el Argone National Laboratory en Illinois (EE. UU.).
Teorizó un ordenador tradicional (máquina de Turing)
operando con algunos principios de la mecánica
cuántica. 1981-1982 Richard Feynman
El Dr. Richard Feynman, físico del California Institute
of Technology en California (EE. UU.) y ganador del
premio Nobel en 1965 realizó una ponencia durante el
“First Conference on the Physics of Computation”
realizado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts
(EE. UU.) Su charla, bajo el título de “Simulating
Physics With Computers” proponía el uso de fenómenos
cuánticos para realizar cálculos computacionales y
exponía que dada su naturaleza algunos cálculos de gran
complejidad se realizarían más rápidamente en un
ordenadorcuántico. 1985 - David Deutsch
Este físico israelí de la Universidad de Oxford,
Inglaterra, describió el primer computador cuántico
universal, es decir, capaz de simular cualquier otro
computador cuántico (principio de Church-Turing
ampliado). De este modo surgió la idea de que un
computador cuántico podría ejecutar diferentes
algoritmos cuánticos.
5.2 Años 90
En esta época la teoría empezó a plasmarse en la
práctica: aparecieron los primeros algoritmos cuánticos,
las primeras aplicaciones cuánticas y las primeras
máquinas capaces de realizar cálculos cuánticos.
1993 - Dan Simon
Desde el departamento de investigación de Microsoft
(Microsoft Research), surgió un problema teórico que
demostraba la ventaja práctica que tendría un
computador cuántico frente a uno tradicional.
Comparó elmodelo deprobabilidad clásicaconelmodelo
cuánticoysusideassirvieroncomobaseparaeldesarrollo de
algunos algoritmos futuros (como el de Shor).
1993 - Charles Benett
Este trabajador del centro de investigación de IBM en
Nueva York descubrió el teletransporte cuántico y que
abrió una nueva vía de investigación hacia el desarrollo
de comunicaciones cuánticas.
1994-1995 Peter Shor
Este científico estadounidense de AT&T Bell
Laboratories definió el algoritmo que lleva su nombre y
que permite calcular los factores primos de números a
una velocidad mucho mayor que en cualquier
computador tradicional. Además su algoritmo permitiría
romper muchos de los sistemas de criptografía utilizados
actualmente. Su algoritmo sirvió para demostrar a una
gran parte de la comunidad científica que observaba
incrédula las posibilidades de la computación cuántica,
que se trataba de un campo de investigación con un gran
potencial. Además, un año más tarde, propuso un
sistema de corrección de errores en el cálculo cuántico.
1996 - Lov Grover
Inventó el algoritmo de búsqueda de datos que lleva su
nombre "Algoritmo de Grover". Aunque la aceleración
conseguida no es tan drástica como en los cálculos
factoriales o en simulaciones físicas, su rango de
aplicaciones es mucho mayor. Al igual que el resto de
algoritmos cuánticos, se trata de un algoritmo
probabilístico con un alto índice de acierto.
1997 - Primeros experimentos
En 1997 se iniciaron los primeros experimentos
prácticos y se abrieron las puertas para empezar a
implementar todos aquellos cálculos y experimentos que
habían sido descritos teóricamente hasta entonces. El
primer experimento de comunicación segura usando
criptografía cuántica se realiza con éxito a una distancia
de 23 Km. Además se realiza el primer teletransporte
cuántico de un fotón.
1998 - 1999 Primeros Qbit
Investigadores de Los Álamos y el Instituto Tecnológico
de Massachusets consiguen propagar el primer Qbit a
través de una solución de aminoácidos. Supuso el primer
paso para analizar la información que transporta un Qbit.
Durante ese mismo año, nació la primera máquina de
2Qbit, que fue presentada en la Universidad de Berkeley,

5. 5
California (EE. UU.) Un año más tarde, en 1999, en los
laboratorios de IBM-Almaden, se creó la primera
máquina de 3-Qbit y además fue capaz de ejecutar por
primera vez el algoritmo de búsqueda de Grover.
5.3 Año 2000 hasta ahora
5.3.1 2000 - Continúan los progresos
De nuevo IBM, dirigido por Isaac Chuang (Figura 4.1),
creó un computadorcuántico de 5-Qbit capaz de ejecutar
un algoritmo de búsqueda de orden, que forma parte del
Algoritmo de Shor. Este algoritmo se ejecutaba en un
simple paso cuando en un computador tradicional
requeriría de numerosas iteraciones. Ese mismo año,
científicos de Los Álamos National Laboratory (EE.
UU.) anunciaron el desarrollo de un computador
cuántico de 7-Qbit. Utilizando un resonador magnético
nuclear se consiguen aplicar pulsos electromagnéticos y
permite emular la codificación en bits de los
computadores tradicionales.
5.3.2 2001 - El algoritmo de Shor ejecutado
IBM y la Universidad de Stanford, consiguen ejecutar
por primera vez el algoritmo de Shor en el primer
computador cuántico de 7-Qbit desarrollado en Los
Álamos. En el experimento se calcularon los factores
primos de 15, dando el resultado correcto de 3 y 5
utilizando para ello 1018 moléculas, cada una de ellas
con 7 átomos.
5 CRONOLOGÍA
5.3.3 2005 - El primer Qbyte
El Instituto de “Quantum Optics and Quantum
Information” en la Universidad de Innsbruck (Austria)
anunció que sus científicos habían creado el primer
Qbyte, una serie de 8 Qbits utilizando trampas de iones.
5.3.4 2006 - Mejoras en el control del cuanto
CientíficosenWaterlooyMassachusettsdiseñanmétodos
para mejorar el control del cuanto y consiguen
desarrollar un sistema de 12-Qbits. El control del cuanto
se hace cada vez más complejo a medida que aumenta el
número de Qbits empleados por los computadores.
5.3.5 2007 - D-Wave
La empresa canadiense D-Wave Systems había
supuestamente presentado el 13 de febrero de 2007 en
Silicon Valley, una primera computadora cuántica
comercial de 16-qubits de propósito general; luego la
misma compañía admitió que tal máquina, llamada
Orion, no es realmente una computadora cuántica, sino
una clase de máquina de propósito general que usa algo
de mecánica cuántica para resolver problemas.[cita
requerida]
5.3.6 2007 - Bus cuántico
En septiembre de 2007, dos equipos de investigación
estadounidenses, el National Institute of Standards
(NIST) de Boulder y la Universidad de Yale en New
Haven consiguieron unir componentes cuánticos a través
de superconductores.
De este modo aparece el primer bus cuántico, y este
dispositivo además puede ser utilizado como memoria
cuántica, reteniendo la información cuántica durante un
corto espacio de tiempo antes de ser transferido al
siguiente dispositivo.
5.3.7 2008 - Almacenamiento
Según la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) de los
EE. UU., un equipo de científicos consiguió almacenar
por primera vez un Qubit en el interior del núcleo de un
átomo de fósforo, y pudieron hacer que la información
permaneciera intacta durante 1,75 segundos. Este
periodo puede ser expansible mediante métodos de
corrección de errores, por lo que es un gran avance en el
almacenamiento de información.
5.3.8 2009 - Procesador cuántico de estado sólido
El equipo de investigadores estadounidense dirigido por
el profesor Robert Schoelkopf, de la Universidad de
Yale, que ya en 2007 había desarrollado el Bus cuántico,
crea ahora el primer procesador cuántico de estado
sólido, mecanismo que se asemeja y funciona de forma
similar a un microprocesador convencional, aunque con
la capacidad de realizar sólo unas pocas tareas muy
simples, como operaciones aritméticas o búsquedas de
datos.
Para la comunicación en el dispositivo, esta se realiza
mediante fotones que se desplazan sobre el bus cuántico,
circuito electrónico que almacena y mide fotones de
microondas, aumentando el tamaño de un átomo
artificialmente.
5.3.9 2011 - Primera computadora cuántica
vendida
La primera computadora cuántica comercial es vendida
por la empresa D-Wave Systems, fundada en 1999 a
Lockheed Martin, por 10 millones de dólares.[3]
5.3.10 2012 - Avances en chips cuánticos
IBM anuncia que ha creado un chip lo suficientemente
estable como para permitir que la informática cuántica
llegue a hogares y empresas. Se estima que en unos 10 o

6. 6
12 años se puedan estar comercializando los primeros
sistemas cuánticos.[4]
5.3.11 2013 - Computadora cuántica más rápida que
un computador convencional
En abril la empresa D-Wave Systems lanza el nuevo
computador cuántico D-Wave Two el cual es 500000
veces superiora su antecesorD-Wave One, con un poder
de cálculo de 439 qubits. Realmente el D-Wave Two
tuvo graves problemas finalmente, dado a que no tenía
las mejoras de procesamiento teóricas frente al D-Wave
One[5] Éste fue comparado con un computadorbasado en
el microprocesador Intel Xeon E5-2690 a 2.9 GHz,
obteniendo el resultado en promedio de 4000 veces
superior.[6]
6 Véase también
• Computación basada en ADN
• Criptografía cuántica
• Electrónica molecular
• Entrelazamiento cuántico
• Fotónica
• Intelligence Advanced Research Projects
Activit(IARPA) y
• Simulador cuántico universal
• Teleportación cuántica
• Valletrónica
7 Notas y referencias
[1] Con la salvedad de que una máquina de Turing tiene
memoria infinita.
[2] Lloyd, Seth (1996). «Universal QuantumSimulators».
Science 273: 1073–1078.
[3] World’s first commercial quantum computer sold to
Lockheed Martin, 27 de mayo de 2011
[4] IBM shows off quantum computing advances, says
practical qubit computers are close
[5]
[6] computer finally proves its faster than a conventional PC,
but only just
8 Bibliografía
• Ordenador cuántico universal y la tesis
deChurch-Turing
• Deutsch, D. “Quantum Theory, the Church-
Turing Principle, and the Universal Quantum
Computer” Proc. Roy. Soc. Lond. A400
(1985) pp. 97–117.
• Uso de computadoras cuánticas para
simularsistemas cuánticos
• Feynman, R. P. “Simulating Physics
withComputers” International Journal of
Theoretical Physics, Vol. 21 (1982) pp. 467–
488.
• Computación Cuántica e Información Cuántica
• Nielsen, M. y Chuang, I. “Quantum Compu-tation and
Quantum Information” Cambridge
University Press (September, 2000), ISBN
0521-63503-9.
9 Bibliografía complementaria
• Agustín Rayo, «Computación cuántica»,ción y
Ciencia,405, junio de 2010, págs.92-93.Investiga-
• Mastriani, Mario (4 de septiembre de
2014).Memorias matriciales correlacionadas
cuánticas, simples y mejoradas: una propuesta
para su estudio y simulación sobre GPGPU. p.268.
Consultado el 12 de septiembre de 2014.

7. 7
10 ENLACES EXTERNOS
10 Enlaces externos
• Frecuencias Cuánticas
• media sobreWikimedia CommonComputación cuántics alberga contenido multi-aCommons.
• Referencias generales
• Computación cuántica Escrito por Sergi Baila • Computación cuántica Epistemowikia
• Qubit.or(en inglésg)(Centre for Quantum Computation)
• Institute for Quantum Computing (en inglés)
• Grupo de Información y Computación Cuántica de la Universidad Politécnica de Madrid.-
• Computación,Cuántica en la Comunidad de Madrid (QUI-Información y Criptografía
TEMAD)
• QubitNews (en inglés)
• Qwik(en inglési (Wiki sobre Computación Cuántica) )
• Artículos sobre física cuántic(en inglés) a (libre acceso)
• Algunos tutoriales
• El ordenador Insuperablde David Deutsch. e Artículo divulgativo
• Informática Cuánticgoritmos. a Historia, Modelos y Al-
• La Nación: Qubit x Qubit
• La Nación: Por qué Google y el Pentágonquieren computadoras cuánticas o
• La Nación: Microsoft apuesta a que la computación cuántica sea el próximo gran salto -

8. 8
• Compañíascuánticas que desarrollan computadoras
• D-Wave Systems, Vancouver, BC, Canada
• IBM
• Patentes relacionadas con la computación cuán-tica
• Algunas patentes concedidas relacionadas cola computación cuántica n
• Algunas patentes publicadas relacionadas cola computación cuántican
11 Origen del texto y las imágenes, colaboradores y licencias
11.1 Texto
• Computación cuántica4lex, JorgeGG, Janus~eswiki, Lsanabria, Rosarino, Ripero, Ejrrjs, Ascánder, Sms, Mandramas, Renabot,
Sergioller, Petronas, Txopi, RemFuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Computaci%C3%B3n_cu%C3%A1ntica?oldid=86026174
Colaboradores:biapopohyiete(bot), Orgullobot~eswiki, RobotQuistnix, Chobot, Yrbot, Varano, Maleiva,QuintoHombre,GermanX,
Beto29, KnightRider, M0m0, Gothmog, Eskimbot, Götz, José., Camima, Ubiquitous, BOTpolicia, CEM-bot, Variable, Alexav8,
Srengel, Dahool, Yeza, Hortelano, Isha,JAnDbot, Kved, Maxidigital,BetBot~eswiki, Gsrdzl, Lisandrogui, Netito777,Chabbot, Pólux,
Dr. Conde, DL91M, LostCitizen, Technopat, C'est moi, Matdrodes, BlackBeast, Shooke, Muro Bot, SieBot, Carmin, Obelix83,
Cobalttempest,Cousteau, Gabriellocutor, BOTarate,Tirithel, Quijav, Sargue, Leonpolanco,Gallowolf, Gabriel87uy, Liljozee, Asasia,
UA31, AVBOT, Javi the man, MastiBot, Peti610bot, Diegusjaimes, Arjuno3, Luckas-bot, Ptbotgourou, Evan R. Murphy,
SuperBraulio13, Xqbot,Jkbw, SassoBot, Irbian, Fresco-
Bot, Kismalac, Adabyron77,Xzrit, Corrector1,Foundling, GrouchoBot, Edslov, EmausBot,Sergio Andres Segovia, ChuispastonBot, Waka
Waka, Mjbmrbot, JABO, Invadibot, Acratta, Elvisor, Mikel24, Geekntwar, Forestrf, Saaanx, Addbot, Hans Topo1993, Theinzide,
Yako33,Lagoset, Jarould, Matiia, Jorge Tobías Doroszczuk,Jcarloss50, BenjaBot, Sapristi1000y Anónimos: 161
11.2 Imágenes
• Archivo:Blochsphere.svglaboradores: Transferido
desdeFuente:en.wikipedihttps://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f3/Blochsphere.sva a Commons. Artista original:
MuncherOfSpleens de Wikipedia en inglésgLicencia: CC-BY-SA-3.0Co-
• mainArchivo:Commons-logo.svgColaboradores: This version created by Pumbaa, using a proper partial circle and SVG geometry
features. (Former versions usedFuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4a/Commons-logo.svg Licencia: Public
doto be slightly warped.) Artista original:SVG version was createdby User:Grunt andcleanedup by 3247, basedon the earlierPNG
version, createdby Reidab.
11.3 Licencia del contenido
• Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0