Serie de avances en computación cuántica
Una computadora ordinaria, que ahora se conoce como computadora clásica o tradicional, funciona con el concepto básico de ceros y unos (ceros y unos). Cuando le preguntamos al computadora para hacer una tarea por nosotros, por ejemplo, un cálculo matemático o la reserva de una cita o cualquier cosa relacionada con la vida cotidiana, esta tarea en el momento dado se convierte (o traduce) en una cadena de 0 y 1 (que luego se llama el entrada), esta entrada es procesada por un algoritmo (definido como un conjunto de reglas que se deben seguir para completar una tarea en una computadora). Después de este procesamiento, se devuelve una nueva cadena de 0 y 1 (denominada salida), que codifica el resultado esperado y se traduce de nuevo a información más sencilla y fácil de usar como una "respuesta" a lo que el usuario quería que hiciera la computadora. . Es fascinante que no importa cuán inteligente o inteligente pueda parecer el algoritmo y cualquiera que sea el nivel de dificultad de la tarea, un algoritmo de computadora solo hace una cosa: manipular una cadena de bits, donde cada bit es 0 o 1. El la manipulación ocurre en la computadora (en el extremo del software) y en el nivel de la máquina esto está representado por circuitos eléctricos (en la placa base de la computadora). En terminología de hardware, cuando la corriente pasa a través de estos circuitos eléctricos, se cierra y se abre cuando no hay corriente.
Computadora clásica Vs Quantum
Por lo tanto, en las computadoras clásicas, un bit es una sola pieza de información que puede existir en dos estados posibles: 0 o 1. Sin embargo, si hablamos de cuántico computadoras, generalmente usan bits cuánticos (también llamados 'qubits'). Estos son sistemas cuánticos con dos estados, sin embargo, a diferencia del bit habitual (almacenado como 0 o 1), los qubits pueden almacenar mucha más información y pueden existir en cualquier suposición de estos valores. Para explicarlo de una mejor manera, se puede pensar en un qubit como una esfera imaginaria, donde qubit puede ser cualquier punto de la esfera. Se puede decir que la computación cuántica aprovecha la capacidad de las partículas subatómicas para existir en más de un estado en un momento dado y aún así ser mutuamente excluyentes. Por otro lado, un bit clásico solo puede estar en dos estados, por ejemplo, al final de dos polos de la esfera. En la vida ordinaria no podemos ver esta 'superposición' porque una vez que se ve un sistema en su totalidad, estas superposiciones desaparecen y esta es la razón por la que la comprensión de tales superposiciones no está clara.
What this means for the computers is that quantum computers using qubits can store a huge amount of information using lesser energy than a classical computer and thus operations or calculations can be relatively done much faster on a quantum computer. So, a classical computer can take a 0 or 1, two bits in this computer can be in four possible states (00, 01, 10 or 11), but only one state is represented at any given time. A quantum computer, on the other hand works with particles that can be in superposition, allowing two qubits to represent the exact same four states at the same time because of the property of superposition freeing up the computers from ‘binary constraint’. This can be equivalent to four computers running simultaneously and if we add these qubits, the power of the quantum computer grows exponentially. Quantum computers also take advantage of another property of quantum physics called ‘quantum entanglement’, defined by Albert Einstein, entanglement is a property which allows quantum particles to connect and communicate regardless of their location in the universo so that changing the state of one may instantaneously affect the other. The dual capabilities of ‘superposition’ and ‘entanglement’ are quite powerful in principle. Therefore, what a quantum computer can achieve is unimaginable when compared to classical computers. This all sounds very exciting and straightforward, however, there is problem in this scenario. A quantum computer, if takes qubits (superposed bits) as its input, its output will also be similarly in a quantum state i.e. an output having superposed bits which can also keep changing depending on what state it is in. This kind of output doesn’t really allow us to receive all the information and therefore the biggest challenge in the art of quantum computing is to find ways of gaining as much information from this quantum output.
¡La computadora cuántica estará aquí!
Quantum computers can be defined as powerful machines, based on the principals of quantum mechanics that take a completely new approach to processing information. They seek to explore complex laws of nature that have always existed but have usually remained hidden. If such natural phenomena can be explored, quantum computing can run new types of algorithms to process information and this could lead to innovative breakthroughs in materials science, drug discovery, robotics and artificial intelligence. The idea of a quantum computer was proposed by American theoretical physicist Richard Feynman way back in 1982. And today, technology companies (such as IBM, Microsoft, Google, Intel) and academic institutions (like MIT, and Princeton University) are working on quantum computer prototypes to create a mainstream quantum computer. International Business Machines Corp. (IBM) has said recently that its scientists have built a powerful quantum computing platform and it can be made available for access but remark that it’s not enough for performing most of the tasks. They say that a 50-qubit prototype which is currently being developed can solve many problems which classical computers do today and in the future 50-100 qubit computers would largely fill the gap i.e. a quantum computer with just a few hundred qubits would be able to perform more calculations simultaneously than there are atoms in the known universo. Realistically speaking, the path to where a quantum computer can actually outperform a classical computer on difficult tasks is laden with difficulties and challenges. Recently Intel has declared that the company’s new 49-qubit quantum computer represented a step towards this “quantum supremacy”, in a major advancement for the company who had demonstrated a 17-bit qubit system only just 2 months ago. Their priority is to keep expanding the project, based upon the understanding that expanding number of qubits is the key to creating quantum computers that can deliver real-world results.
El material es clave para construir una computadora cuántica
El material de silicio ha sido una parte integral de la informática durante décadas porque su conjunto clave de capacidades lo hace muy adecuado para la informática general (o clásica). Sin embargo, en lo que respecta a la computación cuántica, las soluciones basadas en silicio no se han adoptado principalmente por dos razones: en primer lugar, es difícil controlar los qubits fabricados en silicio y, en segundo lugar, aún no está claro si los qubits de silicio podrían escalar tan bien como otros. soluciones. En un avance importante, Intel ha desarrollado muy recientemente1 un nuevo tipo de qubit conocido como 'spin qubit' que se produce en silicio convencional. Los qubits de espín se parecen mucho a la electrónica de semiconductores y entregan su potencia cuántica aprovechando el espín de un solo electrón en un dispositivo de silicio y controlando el movimiento con diminutos pulsos de microondas. Dos ventajas importantes que llevaron a Intel a moverse en esta dirección son, en primer lugar, Intel, como empresa, ya ha invertido mucho en la industria del silicio y, por lo tanto, tiene la experiencia adecuada en el silicio. En segundo lugar, los qubits de silicio son más beneficiosos porque son más pequeños que los qubits convencionales y se espera que mantengan la coherencia durante un período de tiempo más largo. Esto es de suma importancia cuando los sistemas de computación cuántica necesitan ampliarse (por ejemplo, pasando de 100 qubit a 200 qubit). Intel está probando este prototipo y la compañía espera producir chips que tengan miles de pequeños arreglos de qubit y tal producción cuando se hace a granel puede ser muy buena para escalar las computadoras cuánticas y puede ser un verdadero cambio de juego.
En una investigación reciente publicada en Ciencia:, un equipo de la Universidad de Maryland, EE.UU.2. Estos fotones son la cantidad más pequeña de luz conocida y estos cristales estaban atrincherados con agujeros que hacen que la luz interactúe. Diferentes patrones de agujeros cambian la forma en que la luz se dobla y rebota a través del cristal y aquí se hicieron miles de agujeros triangulares. Este uso de fotones individuales es importante para el proceso de creación de computadoras cuánticas porque las computadoras tendrán la capacidad de calcular grandes números y reacciones químicas que las computadoras actuales no pueden hacer. El diseño del chip hace posible que la transferencia de fotones entre computadoras cuánticas ocurra sin pérdidas. Esta pérdida también se ha visto como un gran desafío para las computadoras cuánticas y, por lo tanto, este chip se encarga del problema y permite una ruta eficiente de cuántico información de un sistema a otro.
Future
Las computadoras cuánticas prometen realizar cálculos mucho más allá de cualquier supercomputadora convencional. Tienen el potencial de revolucionar el descubrimiento de nuevos materiales al permitir simular el comportamiento de la materia hasta el nivel atómico. También genera esperanza para la inteligencia artificial y la robótica al procesar datos de manera más rápida y eficiente. Cualquiera de las principales organizaciones podría llevar a cabo la entrega de un sistema de computación cuántica comercialmente viable en los próximos años, ya que esta investigación aún tiene un final abierto y es un juego justo para todos. Se esperan anuncios importantes en los próximos cinco a siete años e idealmente hablando con la serie de avances que se están realizando, los problemas de ingeniería deberían abordarse y una computadora cuántica de 1 millón o más de qubits debería ser una realidad.
***
{Puede leer el trabajo de investigación original haciendo clic en el enlace DOI que figura a continuación en la lista de fuentes citadas}
Fuentes)
1. Castelvecchi D. 2018. El silicio gana terreno en la carrera de la computación cuántica. Naturaleza. 553 (7687). https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3
2. Sabyasachi B. et al. 2018. Una interfaz de óptica cuántica topológica. Ciencias. 359 (6376). https://doi.org/10.1126/science.aaq0327
