Presentació a càrrec d'Alejandro Jaramillo (CSUC) en la commemoració del Dia Mundial de la Quàntica 2024.

1. Información y
Computación Cuántica
Quantum Day 2024
Alejandro Jaramillo
CSUC
12/04/2024

2. 2
Información y Computación
PROBLEMA: ¡Alice y Bob están atrapados!
Ÿ Alice debe transmitir un código a Bob
Ÿ Bob debe procesar el código para abrir la puerta
2
Código Alice Bob
0110101011010101
Codificación Transmisión Computación

3. 3
UNIDAD DE INFORMACIÓN
BIT: estado binario
Código Morse Corriente eléctrica
Dirección Posición
QUBIT: estado cuántico binario
Spin atómico
Circuito superconductor
Polarización
Componentes básicos
PROCESAMIENTO
Puertas lógicas
NOT: inversión AND: multiplicación OR: suma
Puertas lógicas cuánticas
3
C
L
Á
S
I
C
O
C
U
Á
N
T
I
C
O
0 1 1
1
1 0
1 1
Esfera de Bloch

4. Superpoderes de los Qubits
Entrelazamiento
Correlaciones más fuertes que las clásicas
Medición
Medir provoca que los estados colapsen
Superposición
Estar en diversos estados al mismo tiempo
Paralelización natural:
Aplicar la misma operación a
todos los estados a la vez.
Inderterminación
Intrínseca e irreductiblemente aleatorio
𝚫𝐱 ⋅ 𝚫𝐩 ≥
ℏ
𝟐
Conocer de forma precisa una cantidad puede
implicar indeterminación total de otra
4
M

5. 5
Algoritmo de Grover: algoritmo de
búsqueda en bases de datos no
estructuradas
Algoritmo Clásico: 𝑡 = 𝛰(𝑛)
Algoritmo cuántico: 𝑡 = 𝛰( 𝑛)
Aplicaciones: algoritmos s. XX
Algoritmo de Shor: factorización en
números primos, la base de la
criptografía clásica
Complejidad: 𝑡 = 𝛰 (log 𝑛 !)
Mejora exponencial respecto al
algoritmo clásico
5

6. 6
“Nature isn’t classical, damnit, and if you want to make a simulation of nature, you
better make it quantum mechanical”
El qubit es la forma más natural de codificar un problema cuántico.
Aplicaciones: simulación
6
Codificación ‘tipo Ising’
Simulación de moléculas Quantum Machine Learning

7. 7
One-Time Pad: códigos de usar y tirar ⨁ =
Metodos de Montecarlo: cálculos con números aleatorios
PROBLEMA: los ordenadores clásicos no saben generar números verdaderamente aleatorios.
No aleatoriedad ⟹ Patrones ⟹ Códigos inseguros y cálculos ineficientes.
Solución: Quantum Random Number Generators (QRNG) aprovechan el principio de indeterminación.
Aplicaciones: números aleatorios
7

8. ¿Pero me van a hackear el wasap?
Corrección de errores
Quantum Memory
No-cloning Theorem: es imposible copiar
estados cuánticos. ¿Cómo podemos almacenar
información cuántica?
Decoherencia
Pérdida de las propiedades cuánticas por la
interacción con el entorno
Instalaciones
8
E

9. NISQ era: ¿para qué sirven ahora?
Quantum Random Number Generators
Noisy
Intermediate
Scale
Quantum
Algoritmos variacionales e híbridos
9
Con ruido, sin EC
}
}Pocos qubits
Quantum
}

10. 10
10

13. 13
13

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14

15. 15

16. 16
16
HPC actual
HPC futuro

17. https://quantumspain-project.es quantum-spain-project
@QuantumSpain_ES
This work has been financially supported by the Ministry for Digital Transformation and of Civil Service of the Spanish Government through the QUANTUM ENIA project call - Quantum Spain
project, and by the European Union through the Recovery, Transformation and Resilience Plan - NextGenerationEU within the framework of the Digital Spain 2026 Agenda.