Computación Cuántica; "la rareza de existir en dos estados contradictorios al mismo tiempo"

Los ingenieros electónicos y ejecutivos de las empresas globales de informática están abocados al diseño y el desarrollo de creación de los equipos de la PC cuántica hasta el 2035. Estas máquinas basarían su concepto en la manipulación de micro elementos como la partícula subatómica (electrones y fotones) que tendrán una capacidad de procesamiento exponencial cien o más veces mayor que en la actualidad con la PC binaria, lo cuál podrán resolver en minutos operaciones que hoy llevaría años.
El progreso actual tiende cada vez a la miniaturización de los chips de silicio que tienen un límite, y se está cerca el momento en que achicar más los transistores será imposible. Las máquina actuales hacen maravillas pero están también cerca de autolimitarse ya las computadoras deben evaluar millones de alternativas de una vez, mientras que las cúanticas pueden comparar todas las alternativas al mismo tiempo de forma exponencial, y así como referencia una PC cuántica puede romper los códigos de encriptación en minutos para todo el comercio electrónico mundial.
Otro aspecto donde la computación cuántica sería bienvenida es en la simulación de fenómenos naturales para el desarrollo de drogas fármaco nanotológicas o en los estudios del origen del Universo y el calentamiento global. En la PC actual la info se procesa desde un texto o video reduciéndose a una larga cadena de 0 y 1 que se traducen en letras, signos, sonidos y colores y cada uno de éstos 0 y 1 contienen un bit (unidad mínima de info) como entidad física, y un "puntito" registrado dentro de un disco rígido. Cada bit tiene un valor por vez en determinado momento y así podrá ser 0 u 1 y sus múltiples combinaciones.
El dígito binario o bit es la señal electrónica que tiene dos estados 1 con carga eléctrica y 0 sin energía y el número 2 se escribe en binario como 1 y 0 y es almacenada en memoria, y para sumar 1+2=3 se necesitan tres memorias de 2 bits o sea 1(01)+2(10)=3(11) y para su cálculo se necesita un programa algorítmico que sería el que suma 3 en un registro por vez para dar el resultado (11).
En la computación cuántica en cambio, la unidad mínima de info es el qubit (bit cuántico) que tiene la particularidad de estar en estado "0", en el estado "1" y en infinitos estados intermedios, y todo a la vez. Así el qubit puede valer 0 y 1 al mismo tiempo y con la probabilidad para cada valor, ya que ésta rara propiedad del sistema cuántico hace que un objeto pueda potencialmente estar en varios lugares al mismo tiempo comportándose como "onda" o "partícula" dependiendo de la medición o en estado de superposición.
La superposición es un tercer estado de la probabilidad cuántica, en el cuál un objeto puede existir en dos estados contradictorios al mismo tiempo en 0 y en 1, son la característica de la "rareza" de la mecánica cuántica y por tal principio aplicado a la info desencadena un modelo nuevo en la computación; ya que cada qubit de información puede tener más de un valor al mismo tiempo, pero en estado puro de unos o ceros de superposición utilizado para el procesamiento, y cuánto más cerca del 0 esté, más probabilidad tiene de ser 0 ó viceversa, y que no se limita al 0 y 1 como en la computación binaria.
Para explicar ésto fácil imaginemos al electrón como al planeta con sus polos N y S que asignamos dos estados "0" al norte y "1" al sur y dividiremos con el ecuador el estado medio en un 50% con 0y1 de ser tanto 0 como 1, ó probabilísticamente los dos estados al mismo tiempo 0 y 1. Si el electrón apunta hacia arriba se codifica como 0 y si lo hace hacia abajo es 1 y si apunta hacia cualquier lugar entre 0 y 1, está en estado de superposición. La forma de manipular la superposición es modificando la orientación de sus estados del electrón y posesionarlo en el lugar deseado, es aplicando una campo electromagnético.
Ahora bien, otra propiedad cuántica de los qubits es su entrelazamiento, y en ésta condición los estados de los qubits se mezclan 0y1 + 0y1 y si un qubits tiene los estados 0 y 1 al mismo tiempo, entonces 2 qubits mezclados pueden tener todas las combinaciones posibles de dos 0 y dos 1 para obtener la memoria de 2 qubits.
De ésta forma en una memoria de 2 qubits pueden estar almacenados 4 números: 0(00),1
(01), 2(10), 3(11) y éstos procesan la info de todos los estados cuáticos de memoria.
Se obtendrá de esta manera un resultado más rápido que involucran un gran número de bits a diferencia de las PC binarias, por el largo tiempo que precisarían para el cálculo.
Los científicos deberán superar varios obstáculos y uno de ellos es el desarrollo de software que genere nuevos algoritmos (secuencia de órdenes) que se adapte a los tipos de cálculos cuánticos que las máquinas precisarán hacer. Para resolver éstos problemas se deberá encontrar la manera de hacer operaciones que den el resultado de controlar los átomos y protones individuales, con la precisión suficiente para permitir el proceso de la info cuántica y protegido de la alteración ambiental, ésto es lo difícil del problema dice el Dr. Marcelo Rozemberg en física matemática de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA.

Los científicos del NIST (Instituto Nacional de Stándares y Tecnología de los EE.UU) lograron demostrar la viabilidad de un procesador cuántico programable de 2 qubits. Hasta el momento existen sistemas cuánticos que usan poca capacidad y no pueden hacer cálculos sofisticados, se espera poder agrandar su capacidad pero se vuelven inestables, por ahora. Si en los próximos 15 años se consiguiera construir una PC cuántica de 100 qubits competiría con las actuales, y con una de 1000 qubits superaría a las supercomputadoras clásicas más modernas.
Su mayor atributo es no ser cien o mil veces más rápidas sino abordar los problemas complejos como desciframiento de códigos y la seguridad ya que al agregar un caracter a una contraseña, se hace 50 veces más difícil para que la computadora actual binaria lo averigue, para 5 caracteres llevaría un segundo y para 10 caracteres le llevaría 10 años y si duplicara la extensión a 20 tardaría 13 millones de años para descifrar el código.
La computadora cuántica que no opera de ese modo, averiguar 5 caracteres le lleva 1 segundo, los 10 cuatro segundos y los 20 caracteres apenas 17 segundos.
Comparando como hoy hemos progresado, es así que al inicio en 1939 en un laboratorio de Iowa el profesor de física John Atanasoff y su estudiante Clifford Berry presentaron una máquina eléctrica digital con válvulas electrónicas que hacía operaciones más rápidas, luego el ENIAC en 1946 de la Universidad de Pensilvania mejoró la máquina con 17.000 válvulas y pesaba 30 Tn con la dimensión de 2,1/2 m de alto por 1 de profundidad y 30 cm de ancho, para que en 1962 se definiera a la informática como un acrónimo del francés infoautomatique creado por el Ing. Philippe Dreyfus que consideró un tratamiento de la información con el uso de dispositivos electrónicos.
Richard Jozsa es considerado uno de los fundadores de la materia de la ciencia cuántica de la información y ha hecho contribuciones fundamentales a ése campo. La importancia de su trabajo fue reconocido por el otorgamiento del Premio 2004 Naylor de la Sociedad Matemática de Londres.
El resultado más importante de la teoría cuántica de la información es el hecho de que un ordenador cuántico puede llevar a cabo las tareas de cálculo exponencialmente más rápido que cualquier otro dispositivo clásico, ésto fue mostrado por primera vez por Jozsa, con Deutsch, en 1992. Con Schumacher y otros, Jozsa ha desarrollado la fuente de codificación de teorema cuántica, uno de los resultados fundamentales en los que se basa la teoría de la información cuántica. Jozsa es también co-descubridor de la piedra angular de la comunicación cuántica, teleportación cuántica, éste protocolo es ahora una herramienta esencial en casi todos los debates de la comunicación cuántica y llevado al reconocimiento como papel clave del entrelazamiento cuántico en la comunicación.
Es de esperar que los próximos años de desafíos experimentales tendrán una avanzada más rápida ya que las previsiones de la actual computación binaria está agotando sus posibilidades técnicas dada su masividad popular.
Más info en: www.qubit.org/
http://www.computacióncuantica.com/