LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA.

A día de hoy, se han desarrollado un nuevo tipo de ordenadores, denominados ordenadores cuánticos, que pese a la redundancia, emplean un nuevo sistema de computación muy diferente al que estamos acostumbrados denominado como computación cuántica, que se diferencia radicalmente con la computación de un ordenador coloquial. Esta nueva forma de computación a dado mucho de que hablar últimamente, por el uso que le han dado las grandes empresas como Google o Microsoft. Debido a la complejidad del término, no se le puede atribuir una definición concreta, pero lo mas parecido sería: se trata del área de estudio centrada en el desarrollo de tecnología informática basada en los principios de la teoría cuántica, que explica la naturaleza y el comportamiento de la energía y la materia a nivel cuántico (atómico y subatómico). Anónimo ( Enero de 2019).
Comenzaremos a explicar sus orígenes, evolución y características mas a fondo.

ORIGEN, FUNCIONAMIENTO Y DEFINICIÓN.

A principios del siglo XX, Planck y Einstein proponen que la luz no es una onda continua (como las ondas de un estanque) sino que está dividida en pequeños paquetes o cuantos. Esta idea, en apariencia simple, servía para resolver un problema llamado la «catástrofe ultravioleta». Pero a lo largo de los años otros físicos fueron desarrollándola y llegando a conclusiones sorprendentes sobre la materia, de las cuales interesarán dos: la superposición de estados y el entrelazamiento. Guillermo Julián (Febrero 2018)

La idea de computación cuántica, como tal, 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 de 10 teraflops (millones de millones de operaciones en coma flotante por segundo), cuando actualmente las computadoras trabajan en el orden de gigaflops (miles de millones de operaciones). Sara Molina Cruz (Abril 2012)

¿QUÉ ES UN QUBIT?

Puesto que este concepto lo hemos mencionado con frecuencia, para explicar el funcionamiento de los ordenadores cuánticos, debemos entender un qubit como:

Una representación de ambos estados de una partícula sub-atómica «0» y «1» lógicos, pero de manera simultánea.

• Un vector de dos qubits, representa simultáneamente, los estados 00, 01, 10 y 11
• Un vector de tres qubits, representa simultáneamente, los estados 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, y 111
• Un vector de n qubits, representa a la vez 2n estados.

Los qubits se refieren a magnitudes físicas emparejadas.Es decir, un 0 sería el fotón que oscila horizontalmente y un 1 sería el fotón que oscila verticalmente. Como veíamos antes, no sólo hay horizontal y vertical, sino que puede haber una combinación o superposición de ambas para ser usados en un sistema que sólo puede ser descrito correctamente mediante la mecánica cuántica. Anónimo 1 (fecha desconocida)

El espacio de computación de un qubit dado, es  bidimensional. Ambas dimensiones se envuelven alrededor de la superficie de una esfera, y denominaremos al polo norte «cero» y al polo sur «uno». Cuando un qubit funciona, puede tomar un valor en cualquier lugar de la superficie de esa esfera. Al final del cálculo, cuando lo medimos, caerá en 0 o en 1, pero se basa probabilidad característica de la mecánica cuántica . Stephan J ( Octubre de 2019)

La interacción de los qubits con su entorno conduce al deterioro de su comportamiento cuántico y finalmente a su desaparición, esto se llama decoherencia. Su estado cuántico es extremadamente frágil. La menor vibración o variación de temperatura (las perturbaciones se denominan «ruido»), pueden hacer que los qubits caigan en un estado (dejar superposición) antes de que se realice el trabajo. Es por eso que los investigadores hacen todo lo posible para protegerlos del mundo exterior con refrigeradores súper potentes o cámaras de vacío. Stephan J ( Octubre de 2019)

Su diferencia principal con el bit convencional, es que este solo se corresponde con un único dígito del sistema de numeración binario y representa la capacidad de almacenamiento de una memoria digital. Leandro Algesa (fecha desconocida )

Un ordenador cuántico con N qubits, puede estar en una superposición cuántica arbitraria de 2 elevado a la N estados simultáneamente a diferencia de una computadora normal que solo puede estar en uno de esos 2 estados. Anónimo 1 (fecha desconocida)

Las posibilidades son infinitas porque los qubits no expresan magnitudes discretas como los bits, sino continuas. Los grupos de qubits no solo permiten albergar una infinidad de valores, sino que hacen que la capacidad de procesar información de forma simultánea crezca exponencialmente. Leandro Algesa (fecha desconocida )

DIFERENCIAS ENTRE COMPUTACIÓN CUÁNTICA Y COMPUTACIÓN CLÁSICA.

Puesto que cada proceso de qubits es totalmente independiente uno de otro, la computación cuántica puede resolver más de una operación al mismo tiempo debido al paralelismo de sus datos, por el contrario la computación clásica lo hace de forma lineal, combinación por combinación, la resolución de problemas empleando este tipo de computación es lineal. Anónimo 1 (fecha desconocida).

En la actualidad, a diferencia de la informática clásica, no existe un lenguaje computacional cuántico como tal. Los investigadores trabajan en desarrollar algoritmos (la matemática con la que trabajan también los ordenadores clásicos) que puedan dar soluciones concretas a problemas planteados. Un computador cuántico no sirve para hacer tareas cotidianas, puesto que, no cuentan con memoria o procesador. No se ha desarrollado una arquitectura tan compleja como la de un ordenador convencional. Ahora mismo son sistemas muy primitivos asimilables a una calculadora de principios del siglo pasado pero su capacidad de cálculo para determinados problemas es mucho más alta que un ordenador convencional. Anónimo 2 (Diciembre 2019).

Un computador cuántico de 30 qubits equivaldría a un procesador convencional de 10 teraflops (millones de millones de operaciones en coma flotante por segundo), cuando actualmente las computadoras trabajan en el orden de gigaflops (miles de millones de operaciones). Anónimo 3 (fecha desconocida ).

En la computación clásica se utiliza el sistema binario y en la computación cuántica se utiliza el sistema unario. Anónimo 3 (fecha desconocida ).

En un procesador cuántico no se utilizan ni monitores, ni discos duros ni ningún tipo de hardware tal y como lo conocemos hoy en día. De esta forma, todo sucede en una unidad de procesamiento que cuente con unas condiciones de absoluto aislamiento, ya que los estados cuánticos del átomo son extremadamente frágiles. Ana Muñoz de Frutos (Marzo 2017 )

PROBLEMAS A RESOLVER MEDIANTE COMPUTACIÓN CUÁNTICA.

Al igual que este nuevo sistema de computación, no es capaz de resolver los problemas del día a día, si que es capaz de la resolución de diversos problemas que se pueden llegar a dar en las grandes empresas, que son responsables de controlar y almacenar grandes cantidades de datos. Un ejemplo, lo pone Eric Ladinszky, de la compañía D-Wave, especializada en computación cuántica «Imagínese que tiene cinco minutos para encontrar un símbolo único escrito en un libro de la Biblioteca del Congreso de EE.UU. (que tiene 50 millones de libros). Eso sería imposible. Pero si estuviera en 50 millones de realidades paralelas, y en cada una de ellas pudiera hojear un libro diferente, en una de esas realidades encontrará el símbolo». Alexis Ibarra O. (fecha desconocida)

Son capaces de explorar las interacciones moleculares de un nuevo medicamento, para que se pueda llegar a poner en funcionamiento, de recibir la información de miles de millones de sensores en el mundo y con ella construir sistemas de predicción climática miles de veces más precisos o procesar rápidamente la avalancha de datos de los telescopios para encontrar exoplanetas habitables. Alexis Ibarra O. (fecha desconocida)

Una de las aplicaciones más prometedoras de las computadoras cuánticas es simular el comportamiento de la materia a nivel molecular. Fabricantes como Volkswagen y Daimler, usan computadoras cuánticas para simular la composición química de las baterías de los coches eléctricos y ayudar a encontrar nuevas formas de mejorar su rendimiento. Otras, como las farmacéuticas lo aprovechan para analizar y comparar compuestos químicos que podrían conducir a la creación de nuevos medicamentos.

Estas máquinas también son fuertes para la optimización de problemas, porque pueden manejar la información de forma extremadamente rápida a través de una gran cantidad de posibles soluciones. Airbus, por ejemplo, los utiliza para ayudar a calcular el consumo de combustible durante los ascensos y descensos para optimizarlo. Volkswagen ha presentado un servicio que calcula rutas óptimas para autobuses y taxis en las ciudades para reducir la congestión. Los investigadores también creen que las máquinas podrían usarse para acelerar la inteligencia artificial (IA).Stephan J ( Octubre de 2019)

Pueden pasar varios años antes de que la computadora cuántica alcance su máximo potencial. Las universidades y las empresas que trabajan allí, se enfrentan a una escasez real de investigadores calificados, así como de proveedores de componentes clave. Pero si estas nuevas máquinas informáticas cumplen sus promesas, podrían cambiar radicalmente las industrias y permitir la innovación. Stephan J ( Octubre de 2019)

BIBLIOGRAFÍA

Computación cuántica: qué es, de dónde viene y qué ha conseguido Guillermo Julián (Febrero 2018) https://www.xataka.com/ordenadores/computacion-cuantica-que-es-de-donde-viene-y-que-ha-conseguido

Computación cuántica : Definición , orígen y cronología Sara Molina Cruz (Abril 2012) http://saramolinacruz76tecnologia.blogspot.com/2012/04/computacion-cuanticadefinicion-origen-y.html

¿Qué es un qubit? Anónimo 1 (fecha desconocida) https://www.ecured.cu/Qubit

Definición de qubit(quantum bit) Leandro Algesa (fecha desconocida ) http://www.alegsa.com.ar/Dic/qubit.php

Computación cuántica ¿En que se diferencia de la computación clásica? Anónimo 2 (Diciembre 2019) https://www.bbva.com/es/computacion-cuantica-en-que-se-diferencia-de-la-computacion-clasica/

Computación clásica vrs computación cuántica. Anónimo 3 (fecha desconocida ). http://computacioncuanticaunah.blogspot.com/p/computacion-clasica-vrs-computacion.html

¿Qué es la computación cuántica ? Ana Muñoz de Frutos (Marzo 2017 ) https://computerhoy.com/noticias/hardware/que-es-computacion-cuantica-59830

La computación cuántica resuelve problemas que, hasta ahora, no tenían solución Alexis Ibarra O. (fecha desconocida) http://www.economiaynegocios.cl/noticias/noticias.asp?id=255919.

Computación Cuántica. Anónimo (10 de Enero de 2019). https://pc-solucion.es/2019/01/10/computacion-cuantica/

Qubit, el secreto de los ordenadores cuánticos. Stephan J (17 de Octubre de 2019) https://scripters.es/qubit-el-secreto-de-los-ordenadores-cuanticos/