Investigacion3_Equipo10_FisicaCuantica

Vista previa del material en texto

Facultad de Ingeniería Física Cuántica
______________________________________________________________________________________________________________
Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Ingeniería
Física Cuántica
Grupo: 01 - Semestre: 2023-2
Investigación 3
Fecha de entrega: 01/06/2023
Profesor:
Mtro. Salvador Enrique Villalobos Pérez
Brigada 10:
Cruz Rangel Leonardo Said
García Zúñiga Luis Justo
Ríos Núñez Huberto
Téllez González Jorge Luis
LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA Y ALGORITMO MÁS USADO
Vivimos en la era de la tecnología, pero aún no lo hemos visto todo: la computación cuántica, que en los últimos años ha dado pequeños pero importantes pasos de la mano de grandes empresas, promete revolucionar casi todo lo que conocemos. A continuación, repasamos sus posibles aplicaciones, que van desde la ciberseguridad a la movilidad pasando por la salud.
La computación cuántica está llamada a revolucionar la informática.
En un mundo binario de unos y ceros, los ordenadores cuánticos serían como los Albert Einstein de la informática, cerebros electrónicos extraordinarios capaces de realizar en unos segundos tareas casi imposibles para una computadora clásica. La multinacional IBM será la primera en comercializar uno de estos prodigios de la tecnología, el Q System One, un cubo de cristal de unos 3 x 3 metros y 20 qubits que fue presentado en 2019 y estará disponible para el ámbito empresarial y la investigación.
¿QUÉ ES LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA?
Esta rama de la informática se basa en los principios de la superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico para desarrollar una computación distinta a la tradicional. En teoría, sería capaz de almacenar muchísimos más estados por unidad de información y operar con algoritmos mucho más eficientes a nivel numérico, como el de Shor o el temple cuántico.
Esta nueva generación de superordenadores aprovecha el conocimiento de la mecánica cuántica, la parte de la física que estudia las partículas atómicas y subatómicas para superar las limitaciones de la informática clásica. Aunque la computación cuántica presenta en la práctica problemas evidentes de escalabilidad y decoherencia, permite realizar multitud de operaciones simultáneas y eliminar el efecto túnel que afecta a la programación actual en la escala nanométrica.
¿QUÉ ES UN QUBIT?
La informática cuántica utiliza como unidad básica de información el qubit en lugar del bit convencional. La principal característica de este sistema alternativo es que admite la superposición coherente de unos y ceros, los dígitos del sistema binario sobre los que gira toda la computación, a diferencia del bit, que solo puede adoptar un valor al mismo tiempo uno o cero.
Esta particularidad de la tecnología cuántica hace que un qubit pueda ser cero y uno a la vez, y además en distinta proporción. La multiplicidad de estados posibilita que un ordenador cuántico de apenas 30 qubits, por ejemplo, pueda realizar 10 billones de operaciones en coma flotante por segundo, es decir, unos 5,8 billones más que la videoconsola PlayStation más potente del mercado.
DIFERENCIAS ENTRE LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA Y LA TRADICIONAL
La computación cuántica y la tradicional son dos mundos paralelos con algunas similitudes y numerosas diferencias entre sí, como el uso del qubit frente al bit. A continuación, repasamos tres de las más relevantes:
Lenguaje de programación
La computación cuántica carece de un código propio para programar y recurre al desarrollo e implementación de algoritmos muy específicos. Sin embargo, la informática tradicional cuenta con lenguajes estandarizados como Java, SQL o Python, entre muchos otros.
 Funcionalidad
Un ordenador cuántico no es una herramienta para uso popular ni cotidiano, como un ordenador personal (PC). Estas supercomputadoras son tan complejas que solo tienen cabida en el ámbito corporativo, científico y tecnológico.
 Arquitectura
La composición de un ordenador cuántico es más sencilla que la de uno convencional, y no tiene memoria ni procesador. Estos equipos se limitan a un conjunto de qubits que sirven de base para su funcionamiento.
CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO DE UN ORDENADOR CUÁNTICO
Estos ordenadores son extremadamente sensibles y necesitan unas condiciones muy concretas de presión, temperatura y aislamiento para funcionar sin errores. La interacción de estas máquinas con partículas externas provoca fallos de medición y el borrado de las superposiciones de estados, de ahí que permanezcan selladas y se tengan que manejar a través de ordenadores convencionales.
Un ordenador cuántico necesita una presión atmosférica casi inexistente, una temperatura ambiente próxima al cero absoluto (-273 °C) y aislarse del campo magnético terrestre para evitar que los átomos se muevan y colisionen entre sí, o interactúen con el entorno. Además, estos sistemas funcionan durante intervalos muy cortos de tiempo, por lo que la información se termina dañando y no puede almacenarse, dificultando aún más la recuperación de los datos.
ALGORITMO DE SHOR
En computación cuántica, el algoritmo de Shor es un algoritmo cuántico para descomponer en factores un número N en tiempo O((log N)3) y espacio O(logN), así nombrado por Peter Shor.
El algoritmo de Shor es un procedimiento que permite encontrar factores de un número de una manera eficiente. La implementación de este algoritmo se puede llevar a cabo de manera clásica o utilizando circuitos cuánticos (que no han sido llevados a la práctica todavía). Esta última implementación es (por supuesto) la más conveniente cuando se desea encontrar el orden, un parámetro muy necesario a la hora de encontrar los factores primos de un cierto número.
Muchas criptografías de clave pública, tales como RSA, llegarían a ser obsoletas si el algoritmo de Shor es implementado alguna vez en una computadora cuántica práctica. Un mensaje cifrado con RSA puede ser descifrado descomponiendo en factores la llave pública N, que es el producto de dos números primos. Los algoritmos clásicos conocidos no pueden hacer esto en tiempo O((log N)k) para ningún k, así que llegan a ser rápidamente poco prácticos a medida que se aumenta N. Por el contrario, el algoritmo de Shor puede romper RSA en tiempo polinómico. También se ha ampliado para atacar muchas otras criptografías públicas.
Como todos los algoritmos de computación cuántica, el algoritmo de Shor es probabilístico: da la respuesta correcta con alta probabilidad, y la probabilidad de fallo puede ser disminuida repitiendo el algoritmo.
El algoritmo de Shor fue aplicado en la práctica en 2001 por un grupo en IBM, que descompuso 15 en sus factores 3 y 5, usando una computadora cuántica con 7 qubits.
El algoritmo se compone de dos partes. La primera parte del algoritmo convierte el problema de descomponer en factores en el problema de encontrar el período de una función, y se puede implementar clásicamente. La segunda parte encuentra el período usando la transformada de Fourier cuántica, y es responsable de la aceleración cuántica.
PRINCIPALES APLICACIONES DE LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA
La seguridad informática, la biomedicina, el desarrollo de nuevos materiales y la economía son algunos de los ámbitos que podrían vivir una gran revolución gracias a los avances en computación cuántica. Estos son algunos de sus beneficios más interesantes:
 Finanzas
Las empresas optimizarían aún más sus carteras de inversión y mejorarían los sistemas para la detección del fraude y la simulación.
 Salud
Este sector se beneficiaría en el desarrollo de nuevos medicamentos y tratamientos personalizados genéticamente, así como en la investigación del ADN.
Ciberseguridad
La programación cuántica conlleva riesgos, pero también avances para la encriptación de datos, como el nuevo sistema Quantum Key Distribution (QKD). Esta nueva técnica para el envío de información sensible utiliza señales luminosas para detectar cualquier intromisión en elsistema.
 Movilidad y transporte
Compañías como Airbus utilizan la computación cuántica para diseñar aviones más eficientes. Además, los qubits permitirán avances notables en los sistemas de planificación del tráfico y la optimización de rutas.
REFERENCIAS
1. 	Aaronson, S. y Arkhipov, A. (2011). La complejidad computacional de la óptica lineal. En Actas del 43º simposio anual de ACM sobre Teoría de la computación (págs. 333-342).
2. 	Preskill, J. (2018). Computación cuántica en la era NISQ y más allá. Cuántico, 2, 79. DOI: 10
3. 	Harrow, A. W., Hassidim, A. y Lloyd, S. (2009). Algoritmo cuántico para sistemas lineales de ecuaciones. Cartas de revisión física, 103(15), 150502.
4. 	Bhogale, S. y Pernice, W. H. (2020). Fotónica cuántica integrada. Fotónica de la naturaleza, 14(8), 447-455.
5. 	Arute, F., Arya, K., Babbush, R., Bacon, D., Bardin, J. C., Barends, R., ... y Chen, Y. (2019). Supremacía cuántica utilizando un procesador superconductor programable. Naturaleza, 574(7779), 505-510.