ELECCIÓN Y DELIMITACIÓN DEL TEMA.
El tema de la computación cuántica es algo que en un futuro muy cercano revolucionara lo que ahora tenemos, será más fácil poder ejercer más actividades con un nivel de complejidad más elevado y que hoy en día no creeríamos que se pudiera hacer, por esto yo he escogido el tema de la computación cuántica porque sabemos que la tecnología es esencial para el ser humano por el hecho de ayudarnos a realizar nuestras actividades con un menor grado de dificultad y gracias a las mejoras que se están llevando lo más seguro es que nos ayudara a realizar más actividades de las que hoy podemos realizar , porque tras la mejora de la tecnología será más grande el beneficio que nos traerá y la facilidad de realizar ciertas actividades con un nivel de complejidad más elevada.
OBJETIVO.
Conocer en donde se desarrolla y como se aplica, además de saber cómo se produce y su funcionalidad.
Obteniendo estos conocimientos podremos difundir los conocimientos obtenidos tras la investigación a los compañeros.
RESUMEN.
La tecnología a través del tiempo ha estado evolucionando considerablemente en los últimos siglos, ha habido varios cambios considerables que han marcado nuestra historia y la de la tecnología.
en los últimas décadas hemos sido testigos de grandes maravillas que ha contribuido la tecnología a la sociedad y una de esas situaciones de la que hablare hoy aquí es la de la computación cuántica que es la que se ha encargado de hacer que lo que conocemos hoy revolucione todo lo que hoy conocemos y de lo que se habla específicamente será de la computadora cuántica que es el nuevo ordenador que está a punto de revolucionar la computadora clásica y es la que nos llevara a dar a conocer las nuevas aplicaciones que le podemos dar y el cómo es que nos ayudara a seguir adelante con nuestra situación.
la computadora cuántica es una máquina que ha sido construida con el fin de hacer con ella nuevas aplicaciones y que fue construida para lograr hacer varias tareas que ni diez computadoras convencionales podrán hacerla, por ello es necesario saber cómo es que esta funciona y cómo es que nos ayudara a nosotros, es decir, su contribución a la sociedad.
esta máquina funciona con qubits, que es la medida de su programación como el de la computadora normal son los bits, y no solo esto sino que también estos pueden contribuir con la sociedad a futuro siendo estos una nueva tendencia en la física cuántica y la tecnología.
INTRODUCCIÓN.
A través del tiempo la tecnología ha avanzado velozmente y al paso de las generaciones se ha intentado mejorar cada día más y más todo lo que nos rodea para así crear una mejor versión de lo que existe, siendo así que la evolución que hemos tenido a través de los siglos ha sido enormemente y por ello es que cada día el ser humano busca que cada vez las cosas sean mejores por ello ahora hablare de lo que es la computación cuántica y del beneficio que esta nos traerá a la humanidad. Antes que nada voy a definir lo que es la computación cuántica para poder meternos un poco más a lo que será este tema, por ello a continuación una breve definición en general de cómo se define la computación cuántica según Alejandro Díaz Caro y Julián Samborski Forlese del departamento de Ciencias de la Computación - FCEIA - UNR\citep{forlese2008}
La computación cuántica es un paradigma de computación distinto al de la computación clásica. Se basa en el uso de qubits en lugar de bits, y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos algoritmos. Una misma tarea puede tener diferente complejidad en computación clásica y en computación cuántica, lo que ha dado lugar a una gran expectación, ya que algunos problemas intratables pasan a ser tratables.
El descubrimiento muy sorprendente de Peter Shor de algoritmos cuánticos eficientes para los problemas del número entero factorización y logaritmos discretos en 1994. Dado que la mayoría de la criptografía clásica actual es basado en la suposición de que estos dos problemas son computacionalmente difíciles, la capacidad de construir y usar una computadora cuántica nos permitiría romper la criptografía clásica más actual sistemas, en particular el sistema RSA . (En contraste, una forma cuántica de criptografía debido a Bennett y Brassard son irrompibles incluso para computadoras cuánticas), que serán explicados más a detalle en el trascurso de la lectura de este documento. \citep{andres2016}
Esto a rasgos generales nos dice que la computación cuántica es aquella medida para mejorar y hacer trabajos más complejos con esta computación que una computadora clásica no haría por el hecho de la complejidad y porque no está diseñada para poder hacer ese tipo de actividades ya que no tiene como poder hacerlo, pero gracias a la mejora que se está teniendo ahora es posible poder hacer más tareas que una computadora clásica no podrá hacerla.
Pero en esta ocasión se hablara específicamente solo es la computadora cuántica y cómo es que funciona ya que este tema es muy extenso y por ello solo nos enfocaremos en lo que es la computadora cuántica.
COMPUTADORA CUANTICA.
La computadora cuántica llamada así por el hecho de que en ella se encuentra el nuevo programa o software que hace su mejora y ganado el nombre de computadora cuántica u ordenador cuántico son los dispositivos y ordenadores que a diferencia de los convencionales(los que tenemos actualmente) usan el lenguaje binario, algo que ya usan las computadoras clásicas que quiere decir por medio de 1 y 0, procesan la información como si de un interruptor se tratara solo puede ser apagado o encendido pero con este nuevo ordenador se podrá hacer ambas cosas al mismo tiempo, es decir, puede estar apagada pero a la misma vez encendida\citep{barredo2017}
En el año 1994, Peter Shor, un matemático de los laboratorios Bell, demostró que de ser posible construir una computadora cuántica, esta podría transformar el problema de la factorización de hard a factible, y podría entonces quebrar la criptografía actual (al menos la basada en la dificultad de factorización). Por ejemplo, podría reducir los tiempos de cómputo que exige la factorización de millones de años a quizás pocos minutos. Pero lo importante no es en realidad esto sino que tal tiempo de cómputo no aumentaría rápidamente con el tamaño de la entrada, es decir con el número de dígitos. Es un resultado que va ciertamente más allá que la computación clásica (la actual).
¿En qué consistiría la diferencia entre un ordenador cuántico y otro clásico?\cite{plana2012}\citet{cuntico,plana2012}
Pues bien, un ordenador cuántico funcionaría asociando el conocido carácter discreto del procesamiento de información digital (esto es, los bits) con el extraño carácter de la mecánica cuántica (niveles finitos de energía, estados atómicos discretos).
Así, una hilera de átomos de hidrógeno podría alojar qubits igual de bien que alojan bits una serie de condensadores. Un átomo en estado fundamental electrónico(el menor estado discreto de energía)podría ser la codificación de un 0, y en estado excitado un 1.Pero para que tal sistema cuántico pueda funcionar como un ordenador, no se debe limitar a almacenar qubits, sino que quien lo maneje ha de ser capaz de introducir información en el sistema, ha de procesar tal información mediante manipulaciones lógicas simples, y ha de poder devolver la información procesada: en conclusión han de poder leer, escribir y efectuar operaciones aritméticas.
Utilizando partículas subatómicas, como electrones y fotones, se ha logrado crear un elemento que permite procesar información de tal manera que, aunque intentáramos hacerlo por siglos con la computación clásica, no podríamos. Pero hoy día existe y se llaman qubits. Pero, ¿qué es un qubits?
¿Qué es un qubit?
Si el bit es la unidad mínima de información clásica, el qubit lo es de la cuántica. La diferencia principal entre ellos es que, el bit tradicional sólo puede entregar resultados binarios (0 y 1), mientras que el qubit, aprovechando las propiedades de la mecánica cuántica, puede tener ambos valores al mismo tiempo (0 y 1), lo que habilita una velocidad de procesamiento mucho mayor.\citep{gutirrez2013}
Vamos con un ejemplo (muy simple, no te asustes): si tengo 1 bit sólo podré tener un valor (0 ó 1), pero con un qubit podré tener 2 (0 y 1). Si tengo 2 bits, podré tener 2 valores {(0 ó 1) y (0 ó 1)}, mientras que con un qubit podré tener 4 valores {(0 y 1) y (0 y 1)}. ¿Ves la relación? Exacto. Mientras el bit crece con la proporción 1=1, 2=2 o n=n, el qubit crece con la proporción 2n.
El resultado es que, 13 bits entregan 13 resultados, pero 13 qubits entregan la no despreciable suma de 8192 resultados (213). Con estas características se cree que un computador cuántico con 600 qubits podría realizar cálculos que contengan la información de todos los átomos del universo en segundos (podría procesar 2600 resultados).
Pero hay una segunda característica fundamental del qubit: cada uno de sus procesos es independiente. Esto quiere decir que mientras en la computación clásica la resolución de problemas es lineal, la computación cuántica puede resolver más de una operación al mismo tiempo.
Vamos con otro ejemplo: imagina que quieres descifrar una contraseña numérica. La computación clásica tendría que procesar distintas combinaciones de números, una por una para encontrarla, pero la computación cuántica no. Dadas las propiedades del qubit (poder tener 2 valores o “estados” al mismo tiempo), se podrían probar miles de combinaciones en un mismo segundo, lo que en definitiva podría romper cualquier tipo de encriptación existente en la actualidad.
¿Por qué deberían seguir los científicos desarrollando una computadora cuántica?
Mencionemos tres motivaciones diferentes para estudiar las computadoras cuánticas, desde prácticas hasta más filosófico:\citep{wolf2015}
•El proceso de miniaturización que ha hecho que las computadoras clásicas actuales sean tan poderosas y barato, ya ha alcanzado micro-niveles donde ocurren los efectos cuánticos. Los fabricantes de chips tienden a hacer todo lo posible para suprimir esos efectos cuánticos, pero en su lugar también se podría tratar de hacer buen uso de ellos.
•Hacer uso de los efectos cuánticos permite acelerar muchos cálculos enormemente (a veces exponencialmente), e incluso habilita algunas cosas que son imposibles para las computadoras clásicas
•Finalmente, uno podría afirmar que el objetivo principal de la informática teórica es "estudiar el poder". y las limitaciones de los dispositivos computacionales más potentes que la naturaleza nos permite”.
¿Qué es lo que hace tan potente a una computadora cuántica?\citep{jackson2017}
Un aspecto central es el paralelismo cuántico derivado de la posibilidad de superposición. Un sistema cuántico puede estar en varios estados a la vez. Por ejemplo, el electrón del átomo de hidrógeno en su estado fundamental está en un estado de energía definida (la más baja), pero no en una posición definida: Se encuentra en realidad en una superposición de estados de posición definida. Viendo este fenómeno desde la perspectiva de la informática, significa que es posible superponer distintas entradas en una computadora cuántica, y está procesa todas esta entradas al mismo tiempo, pues la superposición de entradas la ve como una sola entrada más. Otro aspecto central aunque más difícil de explicar es la presencia de entrelazamiento cuántico, es decir, de correlaciones cuánticas sin análogo clásico, que hacen que la computadora cuántica no pueda ser simulado eficientemente por una computadora clásica. Las computadoras cuánticas no se basan en bits, como las computadoras clásicas (las actuales), sino en qubits, es decir, quantum bits. Mientras el bit de las computadoras clásicas pude tomar los valores 0 o 1 únicamente, el quantum bit puede estar en los estados 0 y 1, pero también en cualquier superposición de ambos estados. El estado de un qubit puede verse como un punto en la superficie de una esfera (llamada esfera de Bloch). La computadora clásica es un caso restringido muy especial de la cuántica: Aquel en que el qubit sólo puede estar en el polo norte o en el polo sur de la esfera.
El problema de la factorización no es el único que las computadoras cuánticas pueden resolver en forma más eficiente que las clásicas (es decir, las basadas en bits). Otros problemas hard, tal como el de búsqueda de un objeto en un conjunto desordenado (tal como encontrar el titular de un número telefónico a partir de una guía conociendo sólo el número) pueden ser también resueltos en forma más eficiente por una computadora cuántica, aunque en el caso de la búsqueda la reducción del número de pasos no es tan espectacular como en el caso de la factorización, como mostró el informático hindú Lov Grover en 1996. Nuevos algoritmos cuánticos capaces de resolver problemas duros en forma eficiente han sido recientemente desarrollados, como por ejemplo la resolución de sistemas lineales de grandes dimensiones (en realidad, la obtención de cierta información a partir de la solución), desarrollado en 2009.
Sin embargo, una computadora cuántica capaz de resolver los problemas anteriores no ha sido aún construida. Este es uno de los mayores desafíos de la física actual. Hasta ahora, sólo se han construido computadoras cuánticas de pocos. Para que la computadora cuántica funcione como tal, es necesario que se mantenga la coherencia cuántica y evitar la decoherencia, originada por la interacción de los componentes cuánticos con el entorno. Se requiere pues un control muy preciso del sistema, tanto en su preparación como su evolución y medida final.
Un caso de lo que estamos hablando sobre la decoherencia es la interferencia de Young. \citep{visser2014}
Cuando se usan campos parcialmente coherentes, cambios pueden ocurrir en el campo observado. Estos cambios espectrales pueden ser a su vez utilizados para determinar el estado de coherencia del campo incidente . Estos ejemplos subrayar la importancia del trabajo de Young para la investigación actual.
Efectos novedosos en Young's Las secciones del experimento se refieren a las correlaciones de campo en zona lejana, es decir, muy lejos de la pantalla que contiene los agujeros de alfiler. En nuevas propiedades del campo en la zona cercana, es decir, dentro y alrededor de la pantalla. Que quiere decir que el experimento es de poner dos rejillas y lanzar pelotas, al observarlas pasan por lo agujeros que estas tienen y quedan del otro lado en forma paralela, pero al hacer este experimento de igual manera pero sin observar las rejillas al parar de lanzar las pelotas nos podemos dar cuenta de que al observar podemos observar que las pelotas se encuentras esparcidas por todos lados, a pesar de que fueron lanzadas igual que las anteriores.
Recordemos sin embargo que hace no tanto tiempo, una computadora con la rapidez y memoria de las actuales notebooks o PC's no le parecía factible a nadie, ni siquiera a los propios diseñadores o fabricantes de PC´s. Pensemos por ejemplo en una de las primeras computadoras electrónicas, la famosa computadora ENIAC de 1946, que pesaba 27 toneladas! y ocupaba 63 metros cuadrados! Es pues posible que en un futuro no muy lejano, una computadora cuántica capaz de resolver problemas hard pueda ser construida. \citep{fisica2017}
Ahora bien ya con lo dicho anteriormente sabemos entonces que la computadora cuántica es aquella nueva máquina capaz de proporcionar nuevas capacidades que una computadora convencional no podría en lo más mínimo, a esta situación le llaman superordenadores pero, ¿que son los superordenadores?
¿Qué son los superordenadores?\citep{rodrguez2015}
Los superordenadores tienen diferentes aplicaciones, desde predicciones meteorológicas avanzadas a complejos simuladores que ya se utilizan en el campo de la medicina o programas desarrollados para evaluar prototipos llamados a revolucionar industrias como la del automóvil o la naval.
Desarrollados por avanzadas empresas tecnológicas en grandes proyectos que se financian a menudo con dinero público, estas supercomputadoras tienen capacidades de cálculo muy superiores a las de ordenadores normales y corrientes.
Para medir el rendimiento de estos superordenadores se utiliza el petaflop, una medida desconocida para el gran público que indica la capacidad de ejecutar mil billones de cálculos por segundo.
Unos ejemplos de las computadoras cuánticas serían las siguientes:
MIRA.
Mira. Ese es su nombre. Ella es la supercomputadora que IBM Corp está construyendo para el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. IBM dice que Mira realizará más de 10 cuatrillones (1 cuatrillón de billones de billones) de cálculos por segundo, cuatro veces más rápido que el Tianhe-1A de China, actualmente considerado el más rápido. La supercomputadora más rápida del mundo hará su debut el próximo año. Según los informes, si toda la población de EE. UU. Realiza un cálculo por segundo, les tomará un año realizar tantos cálculos como Mira pueda hacer en un segundo. El nombre de la raíz latina para maravillarse o maravillarse, Mira se espera que cueste aproximadamente $ 50 millones, según los informes. El superordenador actual de Argonne, Intrepid, hace más de 500 billones de cálculos por segundo. Mira será 20 veces más rápida. "La computación y la supercomputación son fundamentales para resolver algunos de nuestros mayores desafíos científicos, como avanzar la energía limpia y comprender el clima de la tierra", dijo en un comunicado Rick Stevens, director asociado de laboratorio de Argonne para informática, medioambiente y ciencias de la vida. Todo viene con un precio, dicen, y existe un riesgo que los usuarios de tales supercomputadores a menudo enfrentan: enormes facturas de electricidad. IBM no informó la cantidad estimada en que incurrirán los usuarios de Mira.\citep{taylor2011}
Tianhe-2
Tiahne-2 la cifra es de 33.863 billones (de los de verdad) o, lo que es lo mismo, 33,86 petaflops por segundo.
Lejos de Tianhe-2 queda Titán, construida por el fabricante especializado en alta computación Cray, con sus 17,59 petaflops.
Sirve para tomarle el pulso a la investigación científica de alto calado, pues estas máquinas se utilizan para crear modelos y simulaciones complejas, así como otras tareas de gran magnitud.
Tianhe-2 se usará con fines de investigación y educativos, si bien la información que manejan los medios locales habla de la industria automovilística como un cliente prioritario, según detalla la BBC. La supercomputadora más potente del mundo ha sido creada por la Universidad Nacional de Defensa Tecnológica, institución que gestionan conjuntamente el Ministerio de Defensa y el de Educación chinos. Parte de sus procesadores están fabricados por Intel, mientras que otras CPU son de diseño propio de la universidad.\citep{bejerano2013}
Conclusiones.
la computación cuántica está siendo desarrollada por muchos científicos por el increíble descubrimiento de su potencial, ha descubierto actualmente nuevos descubrimientos como lo ha sido la computadora cuántica, se cree que entre más revolucionen este invento será más las potencialidades que traerán de beneficio a la sociedad, ya sea que la computadora haga labores más difíciles que si bien podrían hacer los humanos pero tardarían muchísimo para hacerlo, estas harán que disminuya el tiempo que le dan y además de que lo harán de forma eficiente y rápida, para finalizar la computadora cuántica está siendo una tendencia ya que la NASA y Google ya apostaron por ellas, estas al estar manejadas por los qubits que son la principal fuente de energía que hacen que estas sean distintas de las clásicas, ya que los qubits no solo servirán para esta idea sino que revolucionara la tecnología de lo que hoy conocemos pues tendrá otro tipo de aplicaciones como son:
· La teletransportación de información cuántica en la tierra y en el espacio: (que consiste en que un objeto en el lugar A al tiempo t se “desmaterializa” y luego reaparece en un lugar distante B al tiempo t+T. En el caso de teleportación cuántica implica que queremos hacer lo mismo con un objeto cuántico, es decir, el estado de una partícula A que se teletransportara al estado cuántico de otra partícula B. \citep{1990}
· Las comunicaciones con seguridad definitiva (infranqueable): protección de la información almacenada, tratada o transmitida electrónicamente frente a cualquier amenaza voluntaria o accidental. Los servicios de información electrónica exigen una infraestructura de telecomunicaciones segura, unas terminales seguras y una utilización segura.
La protección técnica se la información se logra mediante la aplicación de medidas de seguridad entre las que destaca por su mayor incidencia en el proceso, las de naturaleza criptológica, basadas en la Criptología, ciencia que estudia la ocultación, disimulación o cifrado de la información, así como el diseño de sistemas que realicen dichas funciones. \citep{2003}
· Comienzo de big data de niveles insospechados: son los datos, según Mashey hacía referencia al estrés que iban a sufrir las infraestructuras físicas y humanas de la informática debido al imparable tsunami de datos que ya se oteaba en el horizonte, inmanejable con los instrumentos de gestión al uso. Hoy, recién iniciado el siglo XXI, se generan, según la Unión Europea, 1.700 nuevos billones de bytes por minuto. Equivale, dicen, a unos 360.000 DVD, lo que de media vienen a ser seis megabytes por persona y día (más o menos la cantidad de datos que generaba en toda su vida una persona del siglo XVI).
Pero esto no ha hecho más que empezar: en los próximos cinco años duplicaremos ese chorreo desaforado de dígitos binarios. Algunas cifras: cada día se realizan, por ejemplo, más de un billón de consultas en Google, más de 250 millones de tuits en Twitter, 800 millones de actualizaciones en Facebook, 60 horas de vídeos subidos por minuto en YouTube, 10.000 transacciones mediante tarjeta de crédito por segundo).
Estos son las cosas que podrían hacerse a futuro gracias a los nuevos descubrimientos que nos ha traído la computación cuántica en beneficio de la sociedad para ver un nuevo futuro que desde décadas e incluso siglos han intentado de materializar.