Computación cuántica: Estado de la cuestión.

Computación Cuántica

Computación cuántica
Percy C. Acuña Vigil

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 expectativa, ya que algunos problemas intratables pasan a ser tratables. Mientras un computador clásico equivale a una máquina de Turing, un computador cuántico equivale a una máquina de Turing cuántica.

La combinación de la física, las matemáticas y la informática ha posibilitado que la computación cuántica se haya desarrollado en las últimas dos décadas a partir de una idea visionaria en una de las zonas más fascinantes de la mecánica cuántica. El interés reciente en este dominio animado y especulativo de la investigación fue provocada por Peter Shor (1994) que mostró cómo un algoritmo cuántico podría exponencialmente "speed-up" la computación clásica y factorizar números grandes en números primos mucho más rápidamente (al menos en términos del número de pasos computacionales involucrados) que cualquier algoritmo clásico conocido.

Peter Shor: Algoritmo Cuántico

El Algoritmo de Shor pronto fue seguido por varios otros algoritmos que apuntaban a resolver problemas combinatorios y algebraicos, y en los últimos años el estudio teórico de los sistemas cuánticos que sirven como dispositivos computacionales ha logrado enormes progresos. La creencia común dice que la aplicación del algoritmo de Shor en gran escala en un ordenador cuántico podría tener consecuencias devastadoras para los protocolos de criptografía actuales que se basan en la premisa de que todos los algoritmos conocidos clásicos toman tiempo exponencial en la longitud de sus inputs. (ver, por ejemplo, Preskill 2005).

En consecuencia, los experimentadores de todo el mundo participan en los intentos para hacer frente a las enormes las dificultades tecnológicas que se esperan para la construcción de un ordenador cuántico de tan gran escala. Pero sin importar si estos problemas tecnológicos pueden ser superados (Unruh 1995, Ekert y Jozsa 1996, Haroche y Raimond 1996), llama la atención que aún no existan pruebas de la superioridad general de los ordenadores cuánticos sobre sus homólogos clásicos.

El interés filosófico en la computación cuántica es triple: en primer lugar, desde una perspectiva histórico-social, la computación cuántica es un dominio en el que los experimentadores se encuentran por delante de sus compañeros teóricos. De hecho, los misterios cuánticos tales como el entrelazamiento y la no-localidad fueron considerados históricamente una sutileza filosófica, hasta que los físicos descubrieron que estos misterios podría ser aprovechado para diseñar nuevos algoritmos eficientes.

Pero si bien la tecnología para el aislamiento de 5 o incluso 7 qubits (la unidad básica de información en la computadora cuántica) está ahora al alcance (Schrader et al. 2004, Knill et al., 2000), sólo un puñado de algoritmos cuánticos existen, y la cuestión de si estos pueden resolver problemas computacionales clásicos difíciles sigue abierta.

Desde un punto de vista más filosófico, los avances en la computación cuántica pueden producir beneficios fundamentales. Puede resultar que las capacidades tecnológicas nos permitan aislar los sistemas cuánticos, protegiéndolos de los efectos de la decoherencia por un período de tiempo suficientemente largo para manipularlos, también nos permitirá avanzar en algunos de los problemas fundamentales en relación a los fundamentos de la teoría cuántica sí misma.

En efecto, el desarrollo y la implementación de eficientes algoritmos cuánticos puede ayudarnos a comprender mejor la frontera entre la física clásica y la cuántica, por lo tanto, dilucidar un problema importante, a saber, el problema de la medida, que hasta ahora se resiste a una solución.

Por último, la idea de que conceptos matemáticos abstractos tales como la complejidad y manejabilidad (en), no sólo se pueden traducir a la física, sino también puedan ser re-escritos por los físicos directamente en relación al carácter autónomo de la informática y al estado de sus entidades teóricas, las llamadas "clases de computación", es también relevante para el debate filosófico de larga data sobre la relación entre las matemáticas y el mundo físico.

Hagar, Amit, "Quantum Computing", The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Spring 2011 Edition), Edward N. Zalta (ed.), URL = .
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