viernes, 30 de mayo de 2014

La computadora cuántica: los qubits

Texto original y vídeo por cortesía de: Ciencias Cognoscitivas


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 posibles 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 ser tratables. Mientras un computador clásico equivale a una máquina de Turing, un computador cuántico equivale a una máquina de Turing cuántica.

En 1985, Deutsch presentó el diseño de la primera Máquina cuántica basada en una máquina de Turing. Con este fin enunció una nueva variante la tesis de Church-Turing dando lugar al denominado "principio de Church-Turing-Deutsch".

La estructura de una máquina de Turing cuántica es muy similar a la de una máquina de Turing clásica. Está compuesta por los tres elementos clásicos:


1) una cinta de memoria infinita en donde cada elemento es un qubit,
2) un procesador finito y
3) un cabezal.


El procesador contiene el juego de instrucciones que se aplica sobre el elemento de la cinta señalado por el cabezal. El resultado dependerá del qubit de la cinta y del estado del procesador. El procesador ejecuta una instrucción por unidad de tiempo.


La cinta de memoria es similar a la de una máquina de Turing tradicional. La única diferencia es que cada elemento de la cinta de la máquina cuántica es un qubit. El alfabeto de esta nueva máquina está formado por el espacio de valores del qubit. La posición del cabezal se representa con una variable entera.


Un qubit o cubit (del inglés qubit, de quantum bit, bit cuántico) es un sistema cuántico con dos estados propios. Esto es, se trata de un sistema que sólo puede ser descrito correctamente mediante la mecánica cuántica, y en el que, aunque puede estar en un continuo de estados, al medir cualquier propiedad observable, sólo son posibles dos resultados, con una probabilidad determinada por el peso del estado propio correspondiente en la función de ondas que describe el sistema. Adicionalmente, un qubit puede ser objeto de manipulación arbitraria, dentro de las leyes de la mecánica cuántica. Se considera el análogo cuántico de un bit clásico, que se puede describir por mecánica clásica y también tiene solo dos valores posibles, que se pueden manipular a voluntad de acuerdo con las leyes de la mecánica clásica.

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