Computación cuántica

Computadora cuántica

Computadora cuántica – Computa en la zona crepuscular del espacio

Computadora cuántica

Imagine una computadora cuya memoria es exponencialmente más grande que su tamaño físico aparente; una computadora que puede manipular un conjunto exponencial de entradas simultáneamente; una computadora que computa en la zona crepuscular del espacio. Estarías pensando en una computadora cuántica. Se necesitan conceptos relativamente pocos y simples de la mecánica cuántica para hacer que las computadoras cuánticas sean una posibilidad. La sutileza ha sido aprender a manipular estos conceptos. ¿Es una computadora inevitable o será demasiado difícil de construir?

Según las extrañas leyes de la mecánica cuántica, Folger, un editor principal de Discover, señala que; un electrón, protón u otra partícula subatómica está “en más de un lugar a la vez”, porque las partículas individuales se comportan como ondas, estos lugares diferentes son estados diferentes en los que un átomo puede existir simultáneamente.

¿Cuál es el problema con la informática cuántica? Imagina que estás en un gran edificio de oficinas y tienes que recuperar un maletín que queda en un escritorio elegido al azar en una de las cientos de oficinas. De la misma manera que tendrías que caminar por el edificio, abriendo puertas de a una por vez para encontrar el maletín, una computadora ordinaria tiene que abrirse camino a través de largas cadenas de 1 y 0 hasta que llegue a la respuesta. Pero, ¿qué pasaría si en lugar de tener que buscar usted mismo, pudiera crear al instante tantas copias de sí mismo como salas en el edificio, todas las copias pudieran verse simultáneamente en todas las oficinas, y el que encuentre el maletín se convierta en su verdadero yo, el resto simplemente desaparece. – (David Freeman, descubre)

David Deutsch, un físico de la Universidad de Oxford, argumentó que es posible construir una computadora extremadamente poderosa basada en esta peculiar realidad. En 1994, Peter Shor, un matemático de AT & T y Bell Laboratories en Nueva Jersey, demostró que, al menos en teoría, una computadora cuántica completa podía factorizar incluso los números más grandes en segundos; un logro imposible incluso para la computadora convencional más rápida. Un estallido de teorías y discusiones sobre la posibilidad de construir una computadora cuántica ahora se impregna a través de los campos cuánticos de la tecnología y la investigación.

Sus raíces se remontan a 1981, cuando Richard Feynman señaló que los físicos siempre parecen encontrarse con problemas de cómputo cuando intentan simular un sistema en el que se llevaría a cabo la mecánica cuántica. Los cálculos que involucran el comportamiento de átomos, electrones o fotones requieren una gran cantidad de tiempo en las computadoras de hoy en día. En 1985 en Oxford, Inglaterra, la primera descripción de cómo podría funcionar una computadora cuántica surgió con las teorías de David Deutsch. El nuevo dispositivo no solo podría superar las computadoras de hoy en velocidad, sino que también podría realizar algunas operaciones lógicas que las convencionales no podrían.

Esta investigación comenzó a estudiar la construcción de un dispositivo y con el avance y el financiamiento adicional de AT & T Bell Laboratories en Murray Hill, Nueva Jersey, se agregó un nuevo miembro del equipo. Peter Shor, descubrió que la computación cuántica puede acelerar enormemente el factoring de números enteros. Es más que un simple paso en la tecnología de microcomputación, podría ofrecer información sobre aplicaciones reales como la criptografía.

“Al final del túnel, existe la esperanza de que algún día las computadoras cuánticas se conviertan en realidad”, dice Gilles Brassard de la Universidad de Montreal. La Mecánica Cuántica proporciona una claridad inesperada en la descripción del comportamiento de los átomos, electrones y fotones en los niveles microscópicos. Aunque esta información no se aplica a los usos domésticos cotidianos, sin duda se aplica a todas las interacciones de la materia que podemos ver, los beneficios reales de este conocimiento apenas comienzan a mostrarse.

En nuestras computadoras, las placas de circuito están diseñadas para que un 1 o un 0 se representen por diferentes cantidades de electricidad, el resultado de una posibilidad no tiene efecto en el otro. Sin embargo, surge un problema cuando se introducen las teorías cuánticas, los resultados provienen de una sola pieza de hardware existente en dos realidades separadas y estas realidades se superponen entre sí afectando a ambos resultados a la vez. Sin embargo, estos problemas pueden convertirse en una de las mayores fortalezas de la nueva computadora, si es posible programar los resultados de tal manera que los efectos indeseables se cancelen mientras que los positivos se refuerzan mutuamente.

Este sistema cuántico debe ser capaz de programar la ecuación en ella, verificar su cálculo y extraer los resultados. Los investigadores han estudiado varios sistemas posibles, uno de los cuales implica el uso de electrones, átomos o iones atrapados dentro de campos magnéticos, los láseres que se cruzan se usarían para excitar las partículas confinadas a la longitud de onda correcta y una segunda vez para restaurar las partículas a su estado fundamental. Se podría usar una secuencia de pulsos para organizar las partículas en un patrón utilizable en nuestro sistema de ecuaciones.

Otra posibilidad de Seth Lloyd de MIT fue proponer el uso de polímeros orgánico-metálicos (moléculas unidimensionales hechas de átomos que se repiten). Los estados de energía de un átomo determinado vendrían determinados por su interacción con los átomos vecinos de la cadena. Los pulsos de láser podrían usarse para enviar señales por la cadena del polímero y los dos extremos crearían dos estados de energía únicos.

Una tercera propuesta fue reemplazar las moléculas orgánicas con cristales en los que la información se almacena en los cristales en frecuencias específicas que podrían procesarse con pulsos adicionales. Los núcleos atómicos, girando en cualquiera de los dos estados (en sentido horario o antihorario) podrían programarse con la punta de un microscopio atómico, ya sea “leyendo” su superficie o alterándola, lo que por supuesto sería “escribir” parte del almacenamiento de información. “Movimientos repetitivos de la punta, eventualmente podría escribir cualquier circuito lógico deseado”, dijo DiVincenzo.

Sin embargo, este poder tiene un precio, ya que estos estados tendrían que permanecer completamente aislados de todo, incluido un fotón perdido. Estas influencias externas se acumularían, causando que el sistema se desvíe de la ruta e incluso podría dar la vuelta y terminar retrocediendo causando errores frecuentes. Para evitar que esto se forme, surgieron nuevas teorías para superar esto. Una forma es mantener los cálculos relativamente cortos para reducir las posibilidades de error, otro sería restaurar copias redundantes de la información en máquinas separadas y tomar el promedio (modo) de las respuestas.

Sin duda, esto cedería cualquier ventaja a la computadora cuántica, por lo que los laboratorios Bell de AT & T han inventado un método de corrección de errores en el cual el bit cuántico de datos se codificaría en uno de nueve bits cuánticos. Si uno de los nueve se perdiera, sería posible recuperar los datos de la información que se obtuvo. Esta sería la posición protegida en la que entraría el estado cuántico antes de transmitirse. Además, dado que los estados de los átomos existen en dos estados, si uno fuera corrompido, el estado del átomo podría determinarse simplemente observando el extremo opuesto del átomo, ya que cada lado contiene la polaridad exactamente opuesta.

Las puertas que transmitirían la información se centran principalmente en los investigadores de hoy, esta compuerta lógica cuántica única y su disposición de componentes para realizar una operación particular. Una de esas puertas podría controlar el cambio de 1 a 0 y viceversa, mientras que otra podría tomar dos bits y hacer que el resultado sea 0 si ambos son iguales, 1 si es diferente.

Estas puertas serían hileras de iones retenidos en una trampa magnética o átomos individuales que pasan a través de cavidades de microondas. Esta única puerta se podría construir dentro de uno o dos años, pero una computadora lógica debe tener los millones de puertas para que sea práctica. Tycho Sleator de la Universidad de Nueva York y Harald Weinfurter de la UIA consideran las puertas de la lógica cuántica como simples pasos para crear una red de lógica cuántica.

Estas redes no serían más que hileras de puertas que interactúan entre sí. Los rayos láser que brillan sobre los iones provocan una transición de un estado cuántico a otro que puede alterar el tipo de movimiento colectivo posible en el conjunto y, por lo tanto, se pueden usar frecuencias específicas de luz para controlar las interacciones entre los iones. Un nombre dado a estas matrices se ha denominado “matrices de puntos cuánticos” en el sentido de que los electrones individuales se limitarían a las estructuras de puntos cuánticos, codificando información para realizar operaciones matemáticas desde la simple adición hasta la factorización de esos números enteros.

Las estructuras de “puntos cuánticos” se construirían sobre los avances en la fabricación de cajas de semiconductores microscópicas, cuyas paredes mantienen los electrones confinados a la pequeña región de material, otra forma de controlar la forma en que se procesa la información. Craig Lent, el investigador principal del proyecto, basa esto en una unidad que consta de cinco puntos cuánticos, uno en el centro y cuatro y en los extremos de un cuadrado, los electrones se tunelizarían entre cualquiera de los dos sitios.

Encadenar estos elementos crearía los circuitos lógicos que requeriría la nueva computadora cuántica. La distancia sería suficiente para crear “cables binarios” formados por filas de estas unidades, volteando el estado en un extremo provocando una reacción en cadena para voltear todos los estados de las unidades a lo largo del cable, al igual que los dominós de hoy transmiten inercia. La especulación sobre el impacto de dicha tecnología ha sido debatida y soñada durante años.

En los puntos de discusión, el punto de que es un daño potencial podría ser que la velocidad computacional podría frustrar cualquier intento de seguridad, especialmente el estándar de encriptación de datos ahora NSA sería inútil ya que el algoritmo sería un problema trivial para dicha máquina. En la última parte, esta realidad soñada apareció por primera vez en el programa de televisión Quantum Leap, donde esta tecnología se hace evidente cuando se menciona a Ziggy, la computadora híbrida paralela que él ha diseñado y programado, las capacidades de una computadora cuántica reflejan de la computadora híbrida del show.

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El doctor Mike Cooper ha sido instructor de nivel universitario desde 1986. Tiene un doctorado. en Sistemas de Información Computacional y una Maestría en Comunicaciones de Datos. Es un oficial retirado del ejército y un veterano de 33 meses de servicio en Vietnam. El Dr. Cooper ha vivido en Tailandia, Bélgica, Alemania y aún viaja extensamente. Cooper ha estado haciendo negocios electrónicos desde 1996 y es considerado por muchos como un experto en este campo.

Fuente del artículo: http://EzineArticles.com/expert/Michael_Cooper/14550

Fuente del artículo Computadora cuántica: http://EzineArticles.com/72824

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