En el año de 1982 aparecen las primeras ideas de
lo que hoy se conoce como computación cuántica, Feyman observa que ciertos
efectos de la mecánica cuántica (leyes de la física anivel de particular
elementales) no pueden ser simulados por una computadora digital, e insinúa que
la computación en general puede ser eficientemente mejorada aprovechando esos
efectos de la mecánica cuántica. No es hasta 1985 cuando Deutsch describe un
modelo de una computadora cuántica, de alguna manera similar como en 1936 fue
propuesto el modelo de la máquina de Turing que sirvió como preámbulo de las
actuales computadoras.
Un principio de la máquina de Turing es afirmar que puede
simular cualquier dispositivo físico, cosa que parece no ser cierta cuando se
considera fenómenos de la física cuántica. Sin embargo los modelos de
computación cuántica que se han propuesto deben de tener como un caso
particular el modelo de la computación actual. Una computadora cuántica es
hipotéticamente una máquina que usa los principios de la mecánica cuántica para
realizar sus operaciones básicas.
A partir de Deutsch ha existido una gran cantidad de aportaciones a
sus ideas, una nueva aportación que puede aparecer en la computación cuántica
es una forma diferente de realizar los algoritmos como lo muestra el propuesto
por Shor en 1994 para resolver el problema del Logaritmo Discreto y el Problema
de Factorización.
En términos básicos la computación tradicional se basa en el
manejo de bits, es decir la unidad de información más básica con lo que
construye los puente lógicos y así un lenguaje formal con lo que operan todas
las computadoras, en el caso de la computación cuántica se considera el qubits
que se basa en una propiedad cuántica de la superposición, es decir que un
mismo registro almacena al mismo tiempo el valor binario 0 y el 1. Esto permite
que un registro de 2 qubits almacena los valores 00, 01, 10 y 11, así también
un registro con 3 qubits almacena entonces los valores 000. 001, 010, 011, 100,
101, 110 y 111, en general un registro de n qubits almacena al mismo tiempo 2n
valores.
Esto quiere decir de forma general que las operaciones que
requieren tiempo exponencial se pueden reducir a un tiempo completamente lineal
n, lo que naturalmente tendría un impacto en la criptografía actual como lo
mostró Shor. Una forma de construir un qupuente es usar la transformada de
Hadamard, se puede ver que las entradas a la transformada de Hadamard (|0>,
| 0>,... |0>) de un registro de un n-qubits se transforman en cualquier
estado del tipo (|a1>, |a2>,..., |an>) donde la |ai> es cualquier
suposición del 0 o 1, esto constituye una qu-función booleana y así poder
construir el qu-XOR, qu-AND, etc., lo que permitiría efectuar al menos las mismas
operaciones de una computadora digital.
En 1997 se ha mostrado que la Resonancia Magnética
Nuclear puede ser adaptada para lograr los requerimientos de una computadora
cuántica.
En agosto pasado se dio la noticia que en los
laboratorios de la IBM
se había podido construir una computadora cuántica con 3 qubits, sin embargo es
necesario primero construir computadoras de cientos o miles de qubits para que
se considere una buenacomputadora cuántica además de resolver las
dificultades de poder construirla.
Recientemente el equipo de Chaung ha podido
construir una computadora cuántica de 5 qubits, generalizando el algoritmo de
Shor para generar el orden de una permutación, el corazón de esto es usar la
transformada de Furier cuántica que permite determinar más eficientemente la
periodicidad desconocida de una función que no se sabe nada de ella.
En el experimento se usa una molécula con 5 spins sujeto a
un campo magnético estático, que funciona como un qubits. Estos qubits fueron
manipulados usando resonancia magnética nuclear. En este caso se resolvió el
problema de "orden-finding" que simplemente significa encontrar un
número mínimo de aplicaciones de una función f, hasta regresar a su estado
inicial, algo similar a encontrar el orden de un elemento en un grupo finito.
Cuando se colocan en un campo magnético estático cada spin tiene dos valores
propios de energía discreta spin-up |0> y spin-down |1>,
descritos por un Hamiltoniano. Todo esto constituye un 5-qubits en donde se
pudo construir el puente lógico que efectúa eficientemente el algoritmo que
resuelve el problema de "orden-finding" controlando en este caso el
problema de "coherent" o de múltiple correspondencia, que es uno de
los problemas más complicados para poder construir computadoras cuánticas de varios
qubits.
Obviamente existen tanto tendencias pesimistas que afirman
que las computadoras cuánticas nunca se podrán construir, como afirmaciones que
predicen que es solo cuestión de años, es naturalmente difícil predecir cuándo
se podrá tener una computadora cuántica, pero conforme pasa el tiempo se ve más
claramente cual es el siguiente escalón en el desarrollo de la tecnología,
desde el proceso manual, el mecánico, el electrónico, el digital y ahora el
cuántico. Quizá sean entre 20 y 30 años los que tengan que pasar para
ver materializada una computadora cuántica.
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