Repensando el binario con computadoras cuánticas

Es único y bastante intrigante descubrir que la mecánica cuántica puede manifestarse en una forma que podría mejorar las capacidades de los sistemas informáticos tradicionales que, como todos sabemos, funcionan en binario. La aplicación crea lo que se denomina computadoras cuánticas y aprovecha los principios de la mecánica cuántica para lograr una potencia informática que va más allá del alcance de las computadoras clásicas que usamos ahora. El artículo ofrece una breve descripción general de este fenómeno de la computación en términos sencillos, uno que los geeks de la computación que no son físicos posiblemente podrían digerir.

Cómo funcionan las computadoras tradicionales:
toda la información es procesada y entendida por una computadora que utiliza este lenguaje binario compuesto de bits (0 o 1). Cuando descompones una computadora, encontrarás un montón de chips de silicio con circuitos de puertas lógicas compuestas por transistores o interruptores que funcionan con voltaje. Un alto voltaje representa el estado del interruptor equivalente a 1 y un bajo equivalente a 0. Todas las formas de datos, ya sea texto, música, audio, video o software, son finalmente codificadas y almacenadas por la computadora como binarios en la memoria de la computadora.

Repensar el binario y los transistores:
abandonando los principios clásicos existentes de la computación, este nuevo mundo de la computación cuántica sigue sus propias reglas, en las que se basa la naturaleza. La naturaleza no es clásica. El mundo natural no funciona a nivel macroscópico y es este aspecto fundamental sobre el que se basa la computación cuántica, es decir:
reducir lo que llamamos «bits» o interruptores a la unidad discreta o nivel cuántico más pequeño posible, computando como la naturaleza. calcula Esto da lugar a “qubits” en oposición a los bits clásicos.

Cómo funcionan las computadoras cuánticas:
lógicamente, el sistema cuántico usa, como se mencionó anteriormente, lo que se denomina qubits como las unidades discretas más pequeñas para representar información , que pueden ser electrones con espines, fotones con polarización, iones atrapados, circuitos semiconductores, etc. La propiedad de la mecánica cuántica entra en juego, ya que un solo qubit puede existir no solo en dos estados discretos de energía, bajo y alto (similar a 0 y 1), sino que también puede existir en un estado de superposición en el que existe en ambos estados a la vez. Sin embargo, cuando se mide, la superposición se desvanece y se devuelve uno de los dos estados distintos en función de las probabilidades de cada estado.
Cuando se usan dos qubits en lugar de un solo qubit, existen 4 estados de energía discretos (2 estados discretos para cada qubit) y un qubit puede incluso existir en una superposición de estos estados.

De manera similar, al usar n qubits, se logran 2 ⁿ estados que existen como combinaciones de 0 y 1 en paralelo.

Así que esto da una manera de representar la información. El siguiente paso es procesar la información , lo que requiere la manipulación de estos qubits. Esto se logra mediante el uso de puertas lógicas cuánticas especiales y algoritmos cuánticos, como el algoritmo de Shor y el algoritmo de Grover, que funcionan utilizando los principios de la mecánica cuántica de superposición, entrelazamiento y medición. Sin entrar en los complicados detalles de los fenómenos cuánticos, el estado de los qubits se manipula mediante la aplicación de ondas electromagnéticas precisas, microondas y funciones de amplificación definidas por los algoritmos.

Ventajas de las computadoras cuánticas:
dos factores clave hacen que las computadoras cuánticas sean mil millones de veces más poderosas que la supercomputadora más poderosa que conocemos hoy. Estos son:

1. Paralelismo
2. Aumento exponencial de la capacidad informática con la adición de cada qubit

Esto le da a las computadoras cuánticas un poder de procesamiento que está más allá del alcance de una computadora clásica.

Aplicaciones de la computación cuántica: las computadoras cuánticas pueden realizar fácilmente el procesamiento de miles de millones de bytes, que se pueden aplicar en:

• grandes datos
• Criptografía
• Simulaciones Moleculares
• plegamiento de proteínas
• Descubrimiento de medicamento
• Secuenciación del genoma
• Diagnosticar secuencia de ADN
• Análisis de catalizadores
• Análisis financiero
• Predicción climática
• Búsquedas gráficas de bases de datos complicadas
• Mejoramiento
• Pruebas masivas de software

El trabajo en computadoras cuánticas es un esfuerzo continuo con un tremendo potencial para revolucionar la forma en que entendemos el mundo digital. No busca reemplazar las computadoras clásicas, pero una computadora cuántica sostenible podría ayudar a las computadoras clásicas en tareas computacionalmente intensivas que son restrictivas, difíciles y que requieren mucho tiempo para nuestras computadoras tradicionales basadas en Turing.