¿Cómo funcionan las computadoras cuánticas? - Simplemente explicado
Hoy en día, los científicos trabajan continuamente en computadoras cuánticas. IBM lanzó recientemente su primera computadora cuántica. Explicamos cómo funcionan aquí.
Computadoras cuánticas: eso es lo que se llama qubits
Los llamados qubits se usan en una computadora cuántica.
- Los bits normales en la computadora solo pueden tomar dos valores diferentes: 0 y 1, o "encendido" y "apagado". Sin embargo, un qubit puede estar en un estado intermedio de cero y uno durante un cierto período de tiempo, el llamado tiempo de coherencia.
- En este estado, los científicos hablan de una superposición . A través de una medición, el qubit cambia a uno de los dos estados claramente definidos, de modo que el resultado de la medición se puede guardar en un bit clásico. En términos técnicos, la pérdida de superposición se llama decoherencia .
- En el laboratorio, tales qubits están hechos de iones o bucles superconductores, llamados SQUID .
- Cuando se trabaja con iones, un ión no excitado corresponde al estado 0 y uno excitado al estado 1. Se dice que un átomo con la energía más baja posible no está excitado. Sin embargo, si agrega energía a un átomo, se excita porque los electrones externos alcanzan niveles de energía más altos. Los iones se pueden excitar con un láser.
Registros cuánticos: debes saber que
Se requieren varios qubits para resolver operaciones aritméticas. Se habla de un llamado registro cuántico. La información se distribuye a todos los qubits de un registro.
- Tal registro cuántico generalmente consta de 14 iones que se almacenan a lo largo de un eje a una distancia de unos pocos micrómetros. Es importante que estos qubits sean fáciles de manipular, pero que también sean inmunes a la interferencia.
- Esto significa que los qubits deben permanecer en sus respectivos estados durante el mayor tiempo posible hasta que se haya llevado a cabo la operación aritmética. La decoherencia, es decir, volver a caer en un estado clásico, debe retrasarse el mayor tiempo posible.
- Los operadores lógicos se utilizan para manipular los estados, que ya se utilizan en informática. En las computadoras cuánticas, estos operadores se llaman puertas cuánticas. Estos son decisivos para la duración de la irradiación y para la longitud de onda de la luz.
- La operación más simple es la negación, llamada NO . El estado de un qubit simplemente se voltea o se niega. En el sistema binario, 0 se convertiría en 1 y viceversa. Este cambio ocurre muy rápido y muy seguido en forma sucesiva y sigue el algoritmo del programa.
- Para determinar el estado inicial de una red cuántica, se irradia con pulsos láser. La duración de la irradiación puede determinar la probabilidad con la que un átomo está en estado excitado.
- Después de unos diez microsegundos de irradiación, un ion que inicialmente no está excitado está en el estado excitado. Sin embargo, si este átomo se irradia solo por la mitad del tiempo, estará en ese estado intermedio, ya que tiene un 50 por ciento más de probabilidades de estar en el estado fundamental y un 50 por ciento más de probabilidades de estar en el estado excitado.
- Para leer el resultado después de ejecutar el algoritmo, se dispara a los iones otro pulso láser con una longitud de onda diferente. La fluorescencia indica si están excitados o no. La computadora puede determinar los valores correctos.
Computadoras cuánticas: el estado del arte actual
En la feria de electrónica en Las Vegas, IBM presentó su primera computadora cuántica lista para el mercado este año.
- En comparación con los modelos anteriores, IBM Q Systems One ya calcula con 20 qubits, que es un criterio para una computadora cuántica que funciona correctamente. Según IBM, ha logrado mantener 20 qubits en el estado preparado durante 75 microsegundos.
- Una computadora cuántica con 50 qubits debería poder guardar cualquier supercomputadora clásica en su bolsillo.
- El IBM Q Systems One: una caja de vidrio con un largo y ancho de dos metros y medio no se debe ofrecer a la venta. En cambio, los usuarios seleccionados pueden acceder desde la nube y realizar cálculos.
De una computadora cuántica a una tarjeta perforada: así es como se veía la primera computadora
En el siguiente consejo práctico, le mostraremos cómo convertir correctamente números binarios y hexadecimales.