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Computación cuántica

April 13, 2008 7 comments

La computación cuántica (QC por sus siglas en ingles) es el estudio del procesamiento de la información a través de sistemas mecánico cuánticos. Éste nuevo paradigma de la computación promete grandes avances y posibilidades en la solución de varios problemas, que hasta ahora, no se pueden resolver eficientemente.

Según la ley de Moore cada dos años se duplicará la cantidad de transistores en una computadora, duplicando de esta manera el poder de computo de las mismas. El reto con el que se enfrentan actualmente los ingenieros que trabajan en el desarrollo de hardware es que entre más pequeños se hacen los dispositivos se encuentran con problemas de la mecánica cuántica. Esto implica que debemos cambiar de paradigma para poder resolver estos problemas, una solución puede ser la compuntación cuántica.

QC promete soluciones eficientes explotando las carácteristicas de la mecánica cuántica como, por ejemplo, la superposición y dimensionalidad que dan como resultado el paralelismo cuántico. Éste da la capacidad de evaluar una función a varios valores a la vez, mejorando drámaticamente la eficiencia de algunos algoritmos clásicos. Entre los más notables esta el problema de factorización presentado por Shor en 1994, el cuál supera a su contraparte clásica obteniendo una complejidad polinomial; y el algoritmo de busqueda de Grover en 1996 que obtiene una mejora cuadrática sobre su contraparte.

Otra gran ventaja es el el entrelazamiento (entanglement) esto permitirá avances en la comunicación entre dispositivos, dando como resultado la codificación superdensa que permitirá enviar dos bit de información enviando tan solo un bit cuántico – llamado qubit – con el cual se trabajó, mientras el destino posee el otro. Además, permitirá la teleportación de qubits enviando muchisima información de un lugar a otro, con pocos bits clásicos. La seguridad en la comunicación también es una posible ventaja, que se deduce del desarrollo de la teoría de la computación cuántica; esto debido a que podemos detectar intrusos en la comunicación por la alteración de los qubits en los canales de comunicación cuando un tercero se involucra en la transmisión.

Por el descubrimiento de Shor se ha despertado gran interés en el desarrollo de QC, ya que promete la posibilidad de romper los actuales códigos de encripción más utilizados – RSA -. Por lo que se ha intensificado el campo en criptografía cuántica.

La computación analógica prometía gran capacidad de computo ya que lograba almacenar mucha más información que su contraparte digital, sin embargo su debilidad e inoperabilidad en la presencia de ruido la hicieron obsoleta. Aunque la computación cuántica pareciera ser un modelo de computación analógica sus resultados trabajan de manera discreta debido a las mediciones, a pesar de esto se han desarrollado teorias para la corrección de error y la propagación de los mismos en los algoritmos.

Con todas estas carácteristicas vemos que hay muchas posibilidades para la computación cuántica de ayudarnos a resolver problemas que en estos momentos no se pueden resolver de manera eficiente. Sin embargo no todo es de color rosa, como en todos los descubrimientos se debe de avanzar un paso a la vez y problemas emergen y se deberán de resolver en la práctica. Uno de estos es el problema de no poder clonar un qubit general (teorema de no clonación), y es una práctica tan común en los sistemas clásicos. El tener un salto de paradigma también causa problemas, porque tenemos que cambiar la forma de pensar; y es un tanto más dificil porque estamos acostumbrados a ver el mundo clásico y no el cuántico.

Como en los avances, debemos de creer en que será posible y que hay que trabajar duro para poder llegar aún más lejos. Actualmente la compañia D-Wave ha desarrollado una computadora cuántica de 16 qubits y que promete mucho. Así como varias personas estan trabajando en el desarrollo de lenguajes de programación que nos liberen de tener que pensar a bajo nivel y darnos un mayor grado de abstracción sobre el campo.

Referencias

  • M.A. Nielsen, I.L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press (2001)
  • P. Arrighi, Quantum Computation explained to my Mother, Computer Laboratory, University of Cambridge (2003)
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