Cómo ordenadores cuánticos trabajo

¿Cómo funcionan los ordenadores cuánticos

Introducción a Cómo Quantum Computadoras Trabajará

La enorme cantidad de potencia de procesamiento generada por los fabricantes de ordenadores aún no ha sido capaz de saciar nuestra sed de velocidad y capacidad de computación. En 1947, el ingeniero informático estadounidense Howard Aiken dijo que sólo el seis digital electrónico computadoras satisfaga las necesidades informáticas de los Estados Unidos. Otros han hecho predicciones erróneas similares acerca de la cantidad de potencia informática que apoye nuestras necesidades tecnológicas en crecimiento. Por supuesto, Aiken no contaba con las grandes cantidades de datos generados por la investigación científica, la proliferación de Computadoras personales o la aparición de la Internet, que sólo han alimentado nuestra necesidad de más, más y más potencia de cálculo.

Nunca vamos a tener la cantidad de potencia de cálculo que necesitamos o queremos? Como si La Ley de Moore estados, el número de transistores en un microprocesador sigue duplicará cada 18 meses, el año 2020 o 2030 encontrarán los circuitos en un microprocesador se mide en una escala atómica. Y el siguiente paso lógico será la creación de ordenadores cuánticos, que aprovechar el poder de los átomos y moléculas para realizar memoria y las tareas de procesamiento. Los ordenadores cuánticos tienen el potencial para llevar a cabo ciertos cálculos significativamente más rápido que cualquier equipo basado en silicio.

Los científicos ya han construido ordenadores cuánticos básicos que pueden realizar ciertas cálculos- sino un ordenador cuántico práctico aún está a años de distancia. En este artículo, usted aprenderá lo que un ordenador cuántico es y justo lo que va a ser utilizado en la próxima era de la informática.

Usted no tiene que volver muy lejos para encontrar los orígenes de la computación cuántica. Mientras que las computadoras han existido durante la mayor parte del siglo 20, la computación cuántica fue teorizado por primera vez hace menos de 30 años, por un físico de la Laboratorio Nacional de Argonne. Paul Benioff se le atribuye la primera aplicación de la teoría cuántica a las computadoras en 1981. Benioff teorizó sobre la creación de una máquina de Turing cuántica. La mayoría de las computadoras digitales, como la que se está utilizando para leer este artículo, se basan en la Turing Teoría. Conozca de qué se trata en la siguiente sección.

¿Cómo funcionan los ordenadores cuánticos

La esfera de Bloch es una representación de un qubit, el bloque fundamental de los ordenadores cuánticos edificio.

Definir el Quantum Computer

La máquina de Turing, desarrollado por Alan Turing en la década de 1930, es un dispositivo teórico que consiste en la cinta de longitud ilimitada que se divide en pequeños cuadrados. Cada cuadrado puede contener ya sea un símbolo (1 o 0) o estar en blanco a la izquierda. Un dispositivo de lectura-escritura lee estos símbolos y espacios en blanco, lo que da la máquina de sus instrucciones para realizar un determinado programa. ¿Le suena familiar? Bueno, en un cuántico Máquina de Turing, la diferencia es que existe la cinta en un estado cuántico, al igual que la cabeza de lectura-escritura. Esto significa que los símbolos en la cinta pueden ser 0 o 1 o una superposición de 0 y 1- En otras palabras, los símbolos son ambos 0 y 1 (y todos los puntos intermedios) al mismo tiempo. Mientras que una normal de la máquina de Turing sólo puede realizar un cálculo a la vez, una máquina de Turing cuántica puede realizar muchos cálculos a la vez.


Los ordenadores actuales, como una máquina de Turing, el trabajo mediante la manipulación de los bits que existen en uno de dos estados: un 0 o un 1. Las computadoras cuánticas no están limitadas a dos estados- que codifican la información en forma de bits cuánticos, o qubits, que pueden existir en superposición. Qubits representan átomos, iones, fotones o electrones y sus respectivos dispositivos de control que están trabajando juntos para actuar como memoria de computadora y una procesador. Debido a que un ordenador cuántico puede contener estos estados múltiples simultáneamente, tiene el potencial de ser millones de veces más potente que los superordenadores más potentes de hoy en día.

Esta superposición de qubits es lo que da los ordenadores cuánticos su inherentes paralelismo. Según el físico David Deutsch, este paralelismo permite a un ordenador cuántico para trabajar en un millón de cálculos a la vez, mientras que su PC de escritorio funciona en uno. Un ordenador cuántico de 30 qubits equivaldría a la capacidad de procesamiento de un ordenador convencional que podría funcionar a 10 teraflops (billones de operaciones de punto flotante por segundo). Los ordenadores actuales típicos de escritorio funcionan a velocidades medidas en gigaflops (miles de millones de operaciones de punto flotante por segundo).

Las computadoras cuánticas también utilizan otro aspecto de la mecánica cuántica conocido como enredo. Un problema con la idea de los ordenadores cuánticos es que si intentas mirar las partículas subatómicas, se podía topar ellos, y por lo tanto cambiar su valor. Si nos fijamos en un qubit en superposición para determinar su valor, el qubit asumirá el valor de 0 o 1, pero no ambos (girando con eficacia su computadora cuántica spiffy en una computadora digital terrenal). Para hacer que un ordenador cuántico práctico, los científicos tienen que idear maneras de hacer mediciones indirectamente para preservar la integridad del sistema. Enredo ofrece una respuesta potencial. En la física cuántica, si se aplica una fuerza externa a dos átomos, puede causar que se enreden, y el segundo átomo puede asumir las propiedades del primer átomo. Así que si se deja solo, un átomo hará girar en todas las direcciones. El instante en que se altera elige un giro, o uno de valor y, al mismo tiempo, el segundo átomo de enredado elegirá un giro opuesto, o valor. Esto permite a los científicos conocen el valor de los qubits sin tener que mirarlos.

A continuación, vamos a ver algunos avances recientes en el campo de la computación cuántica.

Control de qubit

Los informáticos controlan las partículas microscópicas que actúan como qubits en ordenadores cuánticos utilizando dispositivos de control.

  • Las trampas de iones utilizar campos ópticos o magnéticos (o una combinación de ambos) para atrapar iones.
  • Trampas ópticas utilizar las ondas de luz para atrapar partículas y de control.
  • Puntos cuánticos están hechas de material semiconductor y se utilizan para contener y manipular electrones.
  • Impurezas semiconductores contener electrones mediante el uso de átomos "no deseados" que se encuentran en el material semiconductor.
  • Circuitos superconductores permiten que los electrones fluyan con casi ninguna resistencia a temperaturas muy bajas.
¿Cómo funcionan los ordenadores cuánticos

16-qubit de D-Wave computadora cuántica

Informática Cuántica de hoy

Las computadoras cuánticas podrían un día reemplazar los chips de silicio, al igual que el transistor vez reemplazado el tubo de vacío. Pero por ahora, la tecnología necesaria para desarrollar tal un ordenador cuántico está más allá de nuestro alcance. Mayoría de la investigación en computación cuántica es todavía muy teórico.

Los ordenadores cuánticos más avanzados no han ido más allá de la manipulación de más de 16 qubits, lo que significa que están muy lejos de la aplicación práctica. Sin embargo, el potencial es que los ordenadores cuánticos podría algún día llevar a cabo, de forma rápida y sencilla, los cálculos que son increíblemente lento en ordenadores convencionales. Varios avances importantes se han hecho en la computación cuántica en los últimos años. Echemos un vistazo a algunos de los ordenadores cuánticos que se han desarrollado.

1998

Los Alamos y MIT investigadores lograron propagar un solo qubit a través de tres espines nucleares en cada molécula de una solución líquida de alanina (un aminoácido utilizado para analizar la caries estado cuántico) o tricloroetileno (un hidrocarburo clorado utilizado para corrección de errores cuántica) moléculas. Extendiendo el qubit hizo más difícil de corromper, permitiendo a los investigadores utilizan el entrelazamiento para estudiar las interacciones entre los estados como un método indirecto para el análisis de la información cuántica.

2000

En marzo, los científicos en Laboratorio Nacional de Los Alamos anunciado el desarrollo de un ordenador cuántico de 7-qubit dentro de una sola gota de líquido. El ordenador cuántico utiliza la resonancia magnética nuclear (RMN) para manipular partículas en los núcleos atómicos de moléculas de ácido trans-crotónico, un fluido simple que consiste en moléculas compone de seis hidrógeno y cuatro átomos de carbono. La RMN se utiliza para aplicar electromagnético legumbres, que obligan a que las partículas se alinean. Estas partículas en posiciones paralelas o de venta libre para el campo magnético permiten que el ordenador cuántico para imitar la codificación de la información de pedacitos en las computadoras digitales.


Investigadores de IBM Almaden Research Center lo desarrollado según ellos era el ordenador cuántico más avanzado hasta la fecha en agosto. El ordenador cuántico 5-qubit fue diseñado para permitir que los núcleos de cinco átomos de flúor que interactúan entre sí como qubits, ser programado por frecuencia de radio legumbres y ser detectados por los instrumentos de RMN similares a los utilizados en los hospitales (véase Cómo Imágenes Resonancia Magnética Obras para detalles). Dirigido por el Dr. Isaac Chuang, el equipo de IBM fue capaz de resolver en un solo paso un problema matemático que tomaría ciclos ordenadores convencionales repetidas. El problema, llamado orden de investigación, consiste en encontrar el período de una función particular, un aspecto típico de muchos problemas matemáticos involucrados en la criptografía.

2001

Los científicos de IBM y la Universidad de Stanford demostraron con éxito Algoritmo de Shor en un ordenador cuántico. Algoritmo de Shor es un método para encontrar los factores primos de números (que desempeña un papel intrínseco en criptografía). Utilizaron un ordenador 7-qubit para encontrar los factores de 15. El equipo dedujo correctamente que los factores primos eran 3 y 5.

2005

El Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Universidad de Innsbruck anunció que los científicos habían creado la primera qubyte, o una serie de 8 qubits, usando trampas de iones.

2006

Los científicos en Waterloo y Massachusetts idearon métodos para el control cuántico en un sistema de 12 qubit. Control de Quantum se vuelve más complejo como sistemas emplean más qubits.

2007

Startup canadiense D-Wave demostró un ordenador cuántico de 16 qubits. El equipo resolvió un sudoku rompecabezas y otros problemas de coincidencia de patrones. La compañía afirma que producirá sistemas prácticos para el año 2008. Los escépticos creen que los ordenadores cuánticos prácticos son todavía a décadas de distancia, que el sistema D-Wave ha creado no es escalable, y que muchas de las reclamaciones en el sitio web de D-Wave son simplemente imposible ( o por lo menos imposible saber con certeza dada nuestra comprensión de la mecánica cuántica).

Si los ordenadores cuánticos funcionales se pueden construir, que será valioso para factorizar números grandes, y por lo tanto de gran utilidad para la decodificación y codificación de la información secreta. Si uno fuera a construirse hoy, no hay información en Internet estaría a salvo. Nuestros métodos actuales de cifrado son simples en comparación con los métodos complicados posibles en los ordenadores cuánticos. Las computadoras cuánticas también podrían utilizarse para buscar grandes bases de datos en una fracción del tiempo que tomaría un ordenador convencional. Otras aplicaciones podrían incluir el uso de los ordenadores cuánticos para estudiar la mecánica cuántica, o incluso diseñar otros ordenadores cuánticos.

Pero la computación cuántica está todavía en sus primeras etapas de desarrollo, y muchos científicos de la computación creen que la tecnología necesaria para crear un ordenador cuántico práctico es año de distancia. Los ordenadores cuánticos deben tener al menos varias docenas de qubits para poder resolver los problemas del mundo real, y por lo tanto sirven como un método de computación viable.

Para obtener más información sobre los ordenadores cuánticos y temas relacionados, echa un vistazo a los enlaces de la página siguiente.

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