Qué está pasando: computadoras cuánticas

Hemos vivido en una época increíble.No es el más pacífico, por supuesto, pero mira lo que ha logrado la ciencia: no solo descomponemos la materia en átomos, creamos tecnologías cuánticas e incluso sabemos cómo usarlas. Tomemos, por ejemplo, las computadoras cuánticas. Estas máquinas realizan cálculos basados ​​en la probabilidad del estado del objeto antes de medirlo, en lugar de 1 o 0 segundos. Esto significa que pueden procesar exponencialmente más datos en comparación con las computadoras clásicas que realizan tareas y operaciones lógicas simples. Estas tecnologías se han desarrollado durante décadas y al menos dos programas escritos para computadoras cuánticas se remontan a la década de 1990. Uno de ellos factoriza números grandes en factores primos y, por lo tanto, permite romper el cifrado informático actual. El segundo programa puede realizar búsquedas que requieren la raíz cuadrada del tiempo que las computadoras convencionales dedican a ellas.

Computadoras cuánticas: tecnologías del futuro

tecnología cuántica es un campo complejo de la física que estudia el comportamiento de las partículas subatómicas, partículas que son más pequeñas que los átomos, los componentes básicos de toda la materia del universo.

Hablemos de qubits

Una de las principales áreas que representaninterés dentro de la tecnología cuántica, son la computación cuántica. A diferencia de una computadora clásica, que realiza los cálculos de uno en uno, una computadora cuántica puede realizar muchos cálculos al mismo tiempo.

La unidad básica de información en la computación cuántica es el "bit", que representa uno de dos valores binarios, cero o uno.

De hecho, qubit es un híbrido de las palabras "quantum" y "bit".En las computadoras y los teléfonos inteligentes modernos, los bits son la unidad más pequeña de almacenamiento de información. Cada uno de ellos en este caso contiene el valor 0 o el valor uno. Pero en un qubit, una partícula cuántica es un bit. Y lo cambia todo.

Una computadora cuántica funciona con un principio probabilístico.

Un qubit tiene la flexibilidad de representarcero, o uno, o ambos al mismo tiempo. Esta capacidad de un objeto de existir en más de una forma al mismo tiempo se llama superposición. Sin embargo, cuando varios qubits en una computadora interactúan entre sí, la situación se vuelve más complicada, ya que surge el concepto de entrelazamiento: muchas partículas en un sistema cuántico están conectadas y se afectan entre sí.

El desarrollo de las computadoras cuánticas permitirá lograr un avance científico en los campos de la biología, la química, la medicina y el transporte.

Por ejemplo, si un qubit representa cero,el otro qubit asociado tomará el valor de uno, y viceversa; esto hace que la medición de cada qubit dependa del otro. Debido a que los bloques de información básicos de las computadoras cuánticas pueden representar todas las posibilidades al mismo tiempo, en teoría son mucho más rápidos y potentes que las computadoras convencionales a las que estamos acostumbrados.

Tecnologías futuras

Recientemente, los físicos de China lanzaron un cuántico¡una computadora que, según dijeron, tomó 1 milisegundo para completar una tarea que le tomaría a una computadora normal 30 billones de años! Esto se debe a que, en la computación cuántica, las operaciones usan el estado cuántico de un objeto para crear un qubit.

Estos estados representan propiedades indefinidas de un objeto antes de que fueran detectados, como la rotación de un electrón o la polarización de un fotón.

En lugar de tener una posición clara,Los estados cuánticos no medidos surgen en una "superposición" mixta. Estas superposiciones se pueden relacionar con superposiciones de otros objetos, lo que significa que sus resultados finales estarán matemáticamente relacionados, aunque aún no sepamos cuáles son.

Las computadoras cuánticas para los cálculos utilizan propiedades de los sistemas cuánticos como la superposición y el entrelazamiento.

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¿Cómo construir una computadora cuántica?

Entonces, para crear un cuanto funcionalla computadora necesita mantener el objeto en el estado de superposición el tiempo suficiente para ejecutar varios procesos en él. Desafortunadamente, tan pronto como la superposición se encuentra con materiales que forman parte del sistema medido, pierde su estado intermedio en el llamado decoherencia.

Por lo tanto, estos dispositivos deben poder proteger los estados cuánticos de la decoherencia y, al mismo tiempo, hacerlos fáciles de leer.

Los estados cuánticos de superposición y entrelazamiento son extremadamente frágiles y, sin la temperatura y las condiciones ambientales adecuadas, pierden rápidamente su calidad y se comportan de forma caótica. Ahora Las computadoras cuánticas son muy sensibles.R: El calor, los campos electromagnéticos y las colisiones con las moléculas de aire pueden causar decoherencia y fallas en el sistema.

Las computadoras cuánticas son muy sensibles hoy en día.

Idealmente, las computadoras cuánticas deberían protegerqubits de la interferencia externa, ya sea aislándolos físicamente, manteniéndolos fríos o cargándolos con pulsos de energía cuidadosamente controlados. Se necesitan qubits adicionales para corregir los errores que se infiltran en el sistema.

Necesidad de equipo especializado.es una razón clave por la que solo los países dispuestos a invertir grandes recursos están explorando la computación cuántica. Y dado que la ciencia se desarrolla rápidamente, tarde o temprano los físicos lograrán su objetivo.

En un artículo de 2020, los físicos de China describieron tresáreas de aplicación de las tecnologías cuánticas que el país intentaba desarrollar. Por ejemplo, los sensores cuánticos podrían detectar un submarino escondido a cientos de metros bajo el océano, o guiar dispositivos que podrían funcionar de forma independiente durante meses sin señal de GPS.

La tecnología del futuro ya está aquí, queda esperar un poco

Y la computación cuántica puede ayudarinvestigadores desarrollar nuevos fármacos simulando moléculas más grandes y complejas mucho más rápido. ¡Unos pocos cientos de qubits entrelazados serían suficientes para representar más números que átomos hay en el universo!

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