Resumen—El presente trabajo intenta abordar un tema de gran auge en la actualidad como lo es la computación cuántica presentando; características resumidas de dicho tema, peculiaridades de hardware y software en un computador cuántico; problemas e inconvenientes que generan la aplicación de un sistema cuántico y la proyección hacia futuro de esta nueva tecnología.

Palabras claves— Computador cuántico, Qubit, Superposición, Enmañaramiento, Algoritmos cuánticos, Criptologia cuántica.

1. INTRODUCCION

Desde la aparición del transistor el avance tecnológico de la computación ha ido creciendo rápidamente iniciando con el cálculo de simples operaciones matemáticas (suma, resta multiplicación etc.) hasta llegar a controlar los procesos de fabricación más estrictos que se pueda imaginar.

En la actualidad la competencia entre diferentes empresas e institutos ha llevado a innovar y generar nuevos productos; desarrollando chips en miniatura compuestos por millones de transistores que son capaces de controlar miles de operaciones dentro de un ordenador, pero dichos chips están llegando a su límite de tamaño.

Todo esto genera una gran incertidumbre; de si los transistores podrán trabajar de una manera ideal a escala manométrica. Entre más pequeño sea transistor más cerca está de entrar en el mundo cuántico; un lugar donde las leyes de la física clásica pierden validez y entrar a regir la física cuántica. Todo esto ha generado que diferentes compañías, universidades e institutos; investiguen sobre esta nueva tecnología de la computación cuántica.

2. Características

Como sabemos muchos chips se encuentran a escalas manométricas; el nanómetro es la millonésima parte del metro y un átomo es la quinta parte de esta escala, llegando a lo que se conoce como nanotecnología.

En la siguiente figura observamos múltiples tamaños correspondientes a diferentes unidades de medida con referencia al mundo biológico. Tomamos como punto de partida al transistor (1970), llegando a una escala atómica en donde encontramos iones cuánticos, puntos cuánticos que serán manipulados para el procesamiento de información cuántica. [13]

Figura1. Escala en nanómetros de algunos elementos (Imagen tomada de: www.amcancun.com/OCTUBRE-2011.php)

2.1. Qubit

En la información clásica (electrónica digital) en la cual se basa los sistemas actuales; la información se procesa mediante el bit clásico es decir una señal puede tomar el valor de 0 (apagado) o 1(encendido).

Por otra parte en información cuántica la información se procesa mediante bit cuánticos o qubit (unidad mínima de información) cuyos valores pueden ser 0 o 1 o los dos al mismo tiempo; es decir la formación se puede encontrar entre estos márgenes de valores. (Ac'in, 2006; Vargas y Bedoya, 2009). [13,1]

2.2 Compuertas cuánticas

El proceso de las compuertas cuánticas es muy parecido a las actuales con la diferencia de que dichas compuertas trabajan con qubits.

2.3 Superposición

Es la capacidad de un objeto cuántico de interactuar en dos o más posiciones cuando se encuentra en un estado cuántico. Cabe mencionar que esto no hace referencia a que el qubit va a estar en dos posiciones a la vez. [10]

Dicho de otra forma; cuando el estado cuántico de un átomo cambia, el átomo aparecerá en una posición o en otra, nunca en ambas al mismo tiempo.

2.4 Enmarañamiento o Entanglement

También conocido como entrelazamiento cuántico; Si dos partículas (A y B) se crean en un mismo proceso; estas permanecerán relacionadas entre sí, es decir si sucede algún cambio en el estado de la partícula A esto repercutirá a la partícula B.

2.5 Teleportación

En la computación clásica para transmitir la información, los bits son copiados y enviados por diferentes medios de transmisión.

En la computación cuántica esto no es posible dado que cualquier intento para medir dicha información produce una pérdida de la misma que no puede ser recuperada. Esto puede ser solucionado con la ayuda del entrelazamiento cuántico es decir un receptor estará enredado con un qubit el cual luego será quitado produciendo un cambio de estado a cualquiera con el que este enmarañado consiguiendo así como el de la ley de aeropuertos del sureste contra los transmitir al receptor la información.

Cuanto más grande es un colisionador, más detalles se pueden obtener sobre los procesos que sucedieron al origen del universo.

3. Hardware y Software

3.1 Hardware

El desarrollo de un hardware adecuado para el computador cuántico sigue siendo un problema. Dicho hardware tendrá la capacidad de resolver problemas similares a los de un ordenador clásico pero de manera muy eficiente y en un tiempo relativamente corto, dado a su procesamiento de información masiva.

3.1.1 Requisitos que debería cumplir

• Inicialización del sistema (partir de un estado controlado).

• Deberá poder manipular los qubits mediante el uso de operaciones compuestas por compuertas lógicas cuánticas.

• El sistema será capaz de mantener una coherencia.

• Leer los resultados finales de los cálculos realizados.

• Manejar un sistema escalable; forma de aumentar los qubits para tratar con problemas más complejos.

3.1.2 Procesadores

La creación de un procesador es todo un reto dado que los investigadores deberán poder controlar los diferentes estados de los qubits; para ello se emplea diferentes métodos por una parte tenemos la utilización de láser y por otra campos magnéticos.

Dichos qubits deben estar aislados del mundo macroscópico impidiendo que interactúen con el mundo exterior dado que esto afectaría a las propiedades cuánticas del sistema y generaría de coherencia haciendo difícil mantener estados de superposición.

3.2 Software

3.2.1 Algoritmos cuánticos

• Algoritmo de Shor

Es una algoritmo muy potente que sirve para factorizar (descomponer) un numero de N en un tiempo relativamente corto en comparación a los sistemas actuales. [5]

Ejemplo: Si se pide descomponer un numero de 128 caracteres en sus factores, a un ordenador clásico esto tomaría varios años pero con la ayuda de un ordenador cuántico esto tomara unas horas.

• Algoritmo de Grover

Permite encontrar un elemento, en un conjunto desordenado de tamaño N, de manera sumamente eficiente en un corto tiempo. [6]

Ejemplo: Es como decir que nos piden buscar el nombre de una persona en una guía telefónica teniendo como dato el número telefónico. Esta analogía da a entender el algoritmo de Grover.

3.2.2 Criptografía cuántica

La cristología es la forma de escribir secretamente la información en la actualidad muchos instituciones utilizan este sistema para protección de datos como bancos, instituciones gubernamentales etc…

La cristología cuántica se encarga de realizar el intercambio de claves en base a fotones los cuales son enviados al receptor mediante fibra óptica, si alguien deseara medir dicha información esta desaparecería y el sistema informaría de lo sucedido. [4]

3.2.3 Codificación cuántica correctora de errores.

La creación de QECCs (Quantum Error Correcting Codes) sirve para corregir algún error que presente un qubit. Cada día se avanza más en la creación de códigos correctores de errores más complejos y eficaces con la finalidad de optimizar el sistema cuantico. [5]

4. Proyección hacia el futuro

El computador cuántico tiene un gran porvenir en cuanto a aplicaciones de seguridad, transferencia de datos, etc… Por otra parte dicho desarrollo es un carrera contra el tiempo dado no solo puede ser aplicado para generar seguridad sino también a destruirla es decir utilizar estos sistemas para el robo datos, decodificación de información de clasificada, etc...

5. Conclusiones

El computador cuántico sin duda tiene un gran ventaja ante los computadores clásicos en cuanto al procesamiento de información masiva en cortos espacios de tiempos; siendo capaz de factorizar números extremadamente largos, basándose en sus características más relevantes de enmarañamiento, superposición y tele portación. Sin embargo aún se carece procesadores capaces de manejar un gran número de qubits; todo esto está llevando a que la estructura de Hardware y Software sea parte fundamental para la producción en masa de los mismo.

Para finalizar cabe mencionar que toda tecnología genera una dependencia de la misma a más de eso es de imaginarse dichas computadoras no serán utilizadas solo para fines sociales o científicos; sino también para fines como robos a bancos o propósitos militares.

“La barrera barrera que se opone a este desarrollo no es tecnológica sino teórica.”

6. Bibliografía

1. A. Acín. Procesamiento cuántico de la información. Investigación y ciencia, page 75, 2006
2. M. Á. Aoki and P. V. González. Hacia una computadora cuántica de diamante. Ciencia Ergo Sum, (3):319 324, 2009.
3. C. H. Bennett and D. P. DiVincenzo. Información y computación cuántica.
4. H. Caituiro-Monge and H. Caituiro. Arquitectura cuántica.
5. M. Curty, M. Pérez-Suárez, and D. J. Santos. Información cuántica: Una panorámica de características y aplicaciones.
6. C. Day. Quantum Computing Is Exciting and Important-Really! Computing in Science and Engineering, 9(2):104, 2007.
7. L. M. Díaz. Computación cuántica.
8. I. M. Greca and V. E. Herscovitz. Construyendo signi_cados en mecánica cuántica: Fundamentación y resultados de una propuesta innovadora para su introducción en el nivel universitario. Enseñanza de las ciencias: revista de investigación y experiencias didácticas, 20(2):327 _ 338, 2002.
9. j. d. Cepeda and F. Control cuántico: Dos enfoques.
10. P. J. S. Peralta and Á. L. S. Sáenz. Computación cuántica: Nuevas perspectivas en el tratamiento de la información. 2000.
11. A. Sicard and M. E. Vélez. Universalidad de la computación cuántica geométrica: Modelo de tres estados. Ingeniería y Ciencia, (001):5 20,2005.
12. A. Sicard and M. Volez. Algunos elementos introductorios acerca de la computación cuántica. Memorias VII Encuentro ERM, Universidad de Antioquia, Medelln, agosto, 23, 1999.
13. J. P. R. Vargas and J. W. B. Bedoya. Estado del arte de la computación cuántica. Avances en Sistemas e Informática, 6(2):235_248, 2009.