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¿Como funciona una computadora quántica?

Las computadoras actuales funcionan manipulando bits “dígitos binarios”, que solo pueden representar cero o uno. Todo desde los números y cartas, hasta el estado del modem  o el ratón están representados por una colección de bits en combinaciones de ceros y unos. Estos bits, corresponden muy bien a la forma en que la física clásica representa al mundo. Los circuitos pueden estar prendidos o apagados, los objetos están en un lugar o no lo están, etc. Las computadoras quánticas no están limitadas por la naturaleza binaria de nuestro mundo físico, pero dependen de observar el estado de los bits quánticos o qubits, los cuales pueden representar un uno o un cero, pueden representar una combinación de los dos o pueden representar un número que expresa el estado del qubit entre uno y cero.

De acuerdo a la física quántica, no se puede asegurar que una particular subatómica exista de forma absoluta. Ella exhibe una probabilidad estadística de existir en el espacio tiempo, pero no hay forma de saberlo hasta que uno la observa, en este momento todas las probabilidades colapsan a un estado definitivo. De hecho hay quienes dicen que existe y no existe hasta que es observada, en ese punto el observador establece un estado de observación particular en uno de existencia concreta. De acuerdo a algunos teoristas, esto significa que debe haber un numero infinito de universos alternativos, dado que no hay otra forma de establecer los estados que no son observados por un observador en particular, pero dado que no tenemos forma de llegar a los otros universos, simplemente no ayudan para construir una computadora quántica.

Investigadores en IBM han construido computadoras quánticas, utilizando técnicas de resonancia magnética nuclear (NMR), para medir y manipular la rotación de átomos individuales. Explosiones energéticas de radiofrecuencia, pueden iniciar el proceso computacional al cambiar el nivel energético de un átomo, que de esa manera puede interactuar con otros átomos de una manera controlada, para establecer patrones de computo quántico, que corresponda a respuestas que pueden ser recogidas por computadoras normales.

Hay varias razones por la cuales los investigadores trabajan duro para crear una computadora quántica. Primero, los átomos cambian sus estados de energía muy rápido, mucho más rápido que los más rápidos procesadores. Segundo, dado el correcto tipo de problema, cada qubit puede tomar el lugar de un procesador completo. Esto significa que 1,000 iones de por ejemplo, bario, puede tomar el lugar de 1,000 procesadores actuales. La clave es encontrar el tipo de problema que una computadora quántica puede resolver

Es poco probable que vayamos a ver una computadora quántica en nuestro escritorio, dado que no están muy bien preparadas para trabajos como procesamiento de texto o correo electrónico. Por otro lado, trabajos criptográficos a gran escala y  manejo de grandes bases de datos, son ideales para el cómputo quántico. Es para estas grandes aplicaciones que los científicos continúan trabajando en el desarrollo de computadoras quánticas.

Los Científicos e Ingenieros han demostrado pequeñas computadoras quánticas, pero los desarrolladores han encontrado grandes dificultades en construir computadoras quánticas que sean comercialmente viables. El problema más grande, es que es muy difícil mantener a un solo ion en un estado estable mientras uno observa sus niveles de energía y giros u orbitas manipuladas. En este momento se necesitan lásers para enfriar los iones a un punto de casi cero absoluto y eso es después de separar un solo asomo de un grupo de ellos y mantenerlo estable en una posición. Por el momento las demostraciones han incluido entre dos y cinco átomos. También esta el problema de observar el átomo y colapsar las probabilidades en un estado único. La técnica NMR utilizada por IBM es una de las formas para intentar observar los efectos del estado iónico sin la necesidad de observarlo de forma directa.

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