Computação Quântica: Evolução e Usos

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COMPUTACIÓN CUÁNTICA Y SU EVOLUCIÓN
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Freddy Javier Fernández
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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ 
Facultad De Ciencias Matemáticas Físicas Y Químicas 
Carrera De Ingeniería Civil 
 
ARTÍCULO CIENTÍFICO 
 
Tipo de Trabajo: 
Investigativo y Argumentativo 
 
Estudiantes: 
Fernández Lucas Freddy Javier 
 Galarza Morrillo Cinthya Jacqueline 
Granda Salmon Santiago Ali 
 Guillen Meza Sebastián Fernando 
 Holguín García Kevin Eudoro 
 
Materia: 
 
Dinámica 
 
Tema: 
Computación Cuántica 
 
Paralelo: 
“F” 
 
Nivel: 
Tercer Semestre 
 
Docente: 
 
 Ing. Palma Bravo Julio Cesar 
 
Período: 
Octubre 2021-Febrero 2022 
 
AUTORES: 
Fernández Lucas Freddy Javier, 
Galarza Morrillo Cinthya Jacqueline 
Granda Salmon Santiago Ali 
Guillen Meza Sebastián Fernando 
Holguín García Kevin Eudoro 
RESUMEN: 
La computación cuántica actualmente se ha 
transformado en una de las áreas de mayor 
relevancia dentro del campo investigativo, 
dado que está conformada por elementos de 
la informática elemental relacionada con la 
mecánica cuántica, cuya finalidad es permitir 
a los usuarios desarrollar operaciones con un 
alto nivel de exigencia mediante aparatos 
electrónicos con mayor potencial. Es por ello 
que este artículo tiene como principal 
propósito exponer de manera detallada los 
antecedentes históricos de la computación 
cuántica, su evolución, sus principales usos y 
las limitaciones que posee alrededor del 
mundo. Es un estudio exploratorio 
descriptivo con diseño no experimental. De 
igual forma se obtuvo como resultado que la 
computación cuántica es una herramienta 
clave para cálculos de grandes cantidades de 
datos conocidos como “Qúbits”. Razón por 
la cual se concluye que la computación 
cuántica permite resolver interrogantes con 
un alto nivel de complejidad, no obstante su 
 
adquisición, mantenimiento y manejo aún 
representan una notable dificultad, que limita 
su aporte en favor de la humanidad. 
 
Palabras clave: Computación, cuántica, 
informática, aplicaciones, postulados. 
 
ABSTRACT: 
Quantum computing has currently become 
one of the most relevant areas within the 
research field, since it is made up of 
elements of elementary computing related to 
quantum mechanics, whose purpose is to 
allow users to develop operations with a 
high level of requirement through electronic 
devices with greater potential. That is why 
this article's main purpose is to expose in 
detail the historical background of quantum 
computing, its evolution, its main uses and 
the limitations it has around the world. It is a 
descriptive exploratory study with a non-
experimental design. In the same way, it was 
obtained as a result that the computation 
Quantum is a key tool for calculations of 
large amounts of data known as "Qubits". 
Reason for which it is concluded that 
quantum computing allows solving questions 
with a high level of complexity, however its 
acquisition, maintenance and management 
still represent a notable difficulty, which 
limits its contribution in favor of humanity. 
 
Keywords: Computing, quantum, computing, 
applications, postulates. 
 
Universidad Técnica de Manabí 
Facultad de Ciencias Matemáticas 
Físicas y Químicas 
Carrera de Ingeniería Civil 
Docente: Ing. Palma Bravo Julio Cesar 
INTRODUCCIÓN: 
La computación cuántica surge en base a la 
necesidad constante de dar solución a 
interrogantes sobre procedimientos 
matemáticos de mayor dificultad, dado que 
ordenadores tradicionales cuyas piezas eran 
básicas y su funcionalidad era de menor 
capacidad dificultaban la resolución de los 
problemas existentes, situación que impulso 
a grandes científicos a desarrollar 
investigaciones y presentar propuestas que 
transformarán la visión dentro del campo 
informático. 
Inicialmente se encontró como un modelo no 
muy popular dentro de la comunidad 
científica, por lo que establecían las primeras 
teorías que iban desarrollando los más fieles 
creyentes de la computación cuántica, con la 
proposición de distintos postulados, que más 
tarde se comprobarían y se harían realidad 
con el surgimiento de nuevos algoritmos 
aplicables a la computación cuántica, que 
permitirían diversos avances, influyendo 
directamente en varias ramas de la ciencia, y 
permitiendo grandes progresos y mejoras en 
las problemáticas que involucran el análisis 
de grandes cantidades de datos. “La unidad 
fundamental de información en computación 
cuántica es el quantum bit o qubit. Los 
qubits son, por definición, sistemas 
cuánticos de dos niveles” (Allende, 2019, 
p.9). Es así que conforme evolucionóla 
tecnología se llegó a establecer un nuevo 
paradigma informático. 
La computación cuántica tuvo sus inicios a 
inicios de la década de los 1960 , cuando 
Rolf Landaer empezó a cuestionarse sobre 
las leyes físicas y las limitaciones que 
podían provocar al proceso de computo, lo 
cual lo motivó a investigar lo relacionado al 
origen del calor generado por los máquinas 
informáticas, relacionando las leyes de la 
física con el calor, para identificar si esta 
energía liberada era propia a las leyes de 
esta rama o si se vinculaban directamente 
con la deficiencia existente en la tecnología 
de aquella época (Moret, 2013).En base a 
este cuestionamiento poco a poco se fueron 
realizando distintos estudios que llegaron a 
complementar los primeros inicios de los 
estudios de la computación cuántica. 
Las primeras ideas sobre la computación 
cuántica surgen en la década de 1980, bajo 
los planteamientos de Paul Benioff, quien 
comenzó a trabajar y ejecutar actividades 
con ordenadores tradicionales, conocidos 
como máquinas de Turing, empleando 
diversos principios elementales de la 
mecánica cuántica (Moret, 2013). Con ello 
iniciaron las primeras prácticas oficiales de 
la computación cuántica, cuya finalidad era 
mejorar la eficiencia y eficacia de los 
ordenadores tradicionales. 
Por otro lado, el físico teórico 
Richard Feyman expone la forma en la que 
un sistema cuántico puede ser empleado 
para mejorar la eficiencia y rendimiento 
computacional, que permita actuar como un 
simulador para procedimientos cuánticos 
probabilísticos. 
Esta idea no se llegó a completar en su 
totalidad hasta que en el año 1994 el 
matemático estadounidense Peter Shor 
expuso el primer algoritmo cuántico 
específicamente elaborado para poder 
factorizar de forma correcta grandes 
números (Rúa & Branch, 2009). 
Este algoritmo es caracterizado por: 
“• Utilizar métodos de computación cuántica 
que envuelven principios de la mecánica 
cuántica, como el comportamiento de las 
ondas, interferencia y coherencia. 
• Utilizar algoritmos clásicos para verificar 
que la solución candidata generada por los 
algoritmos cuánticos sea correcta”(Rúa & 
Branch, 2009, p.236) 
Es así como el éxito de la propuesta de Peter 
Shor impulsó la curiosidad de varios 
científicos para crear la primera 
computadora cuántica, evidenciándose así 
una imparable búsqueda y revolución 
dentro del mundo de la informática. 
Para comprender de mejor manera el aporte 
de los creadores de los diversos algoritmos 
aplicables a los ordenadores cuánticos, se 
debe empezar conociendo que: 
 
Un algoritmo cuántico es un 
algoritmo que es ejecutado en un 
computador cuántico y que presenta 
ventajas computacionales respecto a 
los algoritmos clásicos. Estas 
ventajas suelen ser en términos de 
velocidad y eficiencia en relación con 
aquellos problemas que para un 
ordenador clásico no son tratables 
(Kleinman, 2019, p. 31). 
 
Lo que quiere decir que cada uno de los 
científicos que aportaron con la invención de 
los diferentes algoritmos cuánticos, crearon 
un modo o método para que una 
computadora de este tipo, pueda resolver un 
problema relacionado directamente con este 
modelo matemático definido. Es de esta 
manera que puede decirse que cada uno de 
estos algoritmos cuánticos es la guía que le 
servirá a un computador cuántico para 
ejecutar una determinada orden, y llegar a 
obtener un resultado satisfactorio que 
proporcione la solución a un problema 
determinado. 
Para una comprensión más acertada, se 
puede poner un ejemplo, en el cual un grupo 
de estudiantes va a rendir un examen de 
matemáticas, donde son necesarias fórmulas 
para contestar correctamente cada una de las 
preguntas planteadas en un lapso de tiempo 
determinado, el profesor vendría a jugar el 
rol del operador de una computadora 
cuántica, es decir quien quiere las respuestas 
correctas del examen, sus alumnos serian el 
ordenador, es decir quienes realizarán el 
proceso en un tiempo determinado para 
llegar al resultado, y las fórmulas vendrían a 
ser el algoritmo cuántico especifico que 
permitiría a los estudiantes, ordenadores 
cuánticos, llegar a resolver cada una de las 
incógnitas planteadas por el docente. 
 
Una vez mencionado lo anterior se puede 
decir que dentro de la computación cuántica 
existen muchas más facilidades para la 
resolución de problemáticas de diversas 
ramas de la ciencia y la tecnología, es de esta 
manera que dentro de las grandes ventajas 
que trajo consigo el avance de la 
computación cuántica tenemos: mayor 
almacenamiento, debido a que estos 
procesadores se valen de la utilización de 
qubits, que son unidades muchos más 
grandes y avanzadas que las empleadas en la 
informática clásica, permitiendo guardar 
gran cantidad de datos o información en este 
tipo de ordenadores; otra gran ventaja es la 
velocidad extrema con la que pueden realizar 
por ejemplo operaciones matemáticas, 
donde mediante la utilización de los 
algoritmos, estos ordenadores realizan en 
lapsos de tiempo efímeros, operaciones 
complejas que pueden traer grandes ventajas 
a los usuarios; así mismo encontramos que 
los computadores cuánticos permitirían en 
un futuro, con los algoritmos adecuados, 
realizar cosas más desafiantes, por ejemplo 
mejorar la autonomía de los robots, avanzar 
en tecnología de transporte de todo tipo, e 
inclusive mejorar la capacidad de análisis de 
datos en términos de la medicina para 
realizar proyecciones, sobre medicamentos, 
o nuevas enfermedades, y como afectarían a 
la humanidad. 
 
En palabras más simple, supongamos que el 
problema que se quiere resolver es encontrar 
un camino que sirva como salida de un 
laberinto, la computadora clásica nos 
permitiría proceder usando la regla de la 
mano derecha, donde en cada bifurcación, 
siempre se tomará el camino hacia la 
derecha, algo que no garantiza encontrar el 
camino más corto pero si la salida; mientras 
que con una computadora cuántica se podría 
tomar todos los caminos a la vez, y al mismo 
tiempo que se encuentre una solución o en 
este caso la salida, podemos ver también 
cuál ha sido el camino más corto que se ha 
tomado, garantizando no sólo que 
encontramos la salida, sino que además, es la 
más corta de todas las opciones (Díaz & 
Samborski, s.f. , p. 21). 
 
Otro aspecto que puede destacarse sobre este 
tema, es que, en la actualidad, las potencias 
mundiales, como Estados Unidos, China o 
Rusia, dedican una parte de sus presupuestos 
nacionales al estudio e investigación de la 
computación cuántica, conscientes de las 
ventajas que representara en el futuro ser un 
país con un alto conocimiento en esta rama, 
debido a que dominar este tema sin duda 
será de gran beneficio para quienes sepan 
cómo utilizarlo y aplicarlo en sus diferentes 
modelos económicos y tecnológicos. Es por 
ello que como el principal problema dentro 
de la computación cuántica se encuentra: 
 
La decoherencia, que causa la 
pérdida del carácter unitario (y, más 
específicamente, la reversibilidad) de 
los pasos del algoritmo cuántico. Los 
tiempos de decoherencia para los 
sistemas candidatos, en particular el 
tiempo de relajación transversal (en 
la terminología usada en la 
tecnología de resonancia magnética 
nuclear e imaginería por resonancia 
magnética) está típicamente entre 
nanosegundos y segundos, a 
temperaturas baja (Moret, 2013, p. 
13). 
 
Algo que no parece ser entendible a simple 
vista, sin embargo, este problema que poseen 
las computadoras cuánticas, no es otra cosa 
que falta de tiempo para la resolución de los 
problemas que se le puedan llegar a plantear, 
por ejemplo, suponiendo que una maquina es 
capaz de hacer un trabajo en un determinado 
tiempo, y su operador quiere realizar un 
trabajo más extenso en esa misma máquina, 
la maquina no podrárealizar el trabajo de 
manera correcta, los resultados perderán 
coherencia, o simplemente no podrá con el 
trabajo, eso es exactamente lo que ocurre 
con un ordenador cuántico, este tipo de 
computadoras solo permiten realizar 
operaciones que requieran de una duración 
de tiempo muy corta, por lo que si se 
quisiera realizar una operación que exceda 
ese tiempo límite, los resultados perderían 
coherencia, existiendo una decoherencia. 
 
Siendo esta deficiencia notable, la que hace 
que parte de la comunidad científica, no 
confié del todo en la computación cuántica, 
porque piensan que, si se utiliza más 
comúnmente este tipo de ordenadores, este 
defecto supondría una limitación a la hora de 
ejecutar soluciones para problemáticas, 
afectando el objetivo de la evolución 
científica, que tiene que ver con el progreso 
y la obtención de facilidades que permitan el 
progreso de la humanidad, y con esta gran 
falencia, la computación cuántica, pierde 
cierto porcentaje de este objetivo, al no 
poder usarse en todos los ámbitos o ramas de 
la ciencia. 
 
Otro de los problemas de la computación 
cuántica, es que, a pesar de sus funciones, 
capacidades y mayor almacenamiento, estos 
ordenadores tienen como componentes 
elementales materiales, cuya obtención se 
puede dificultar por diversos factores, hecho 
que se ve reflejado en el mundo, siendo este 
el motivo por el que este tipo de 
computadoras solo se localizan en 
laboratorios que cuentan con grandes 
presupuestos, o en compañías que tienen 
mucho dinero, y no cualquier persona puede 
acceder a ellos. Además, un ordenador 
cuántico al funcionar mejor a bajas 
temperaturas, requiere de un constante 
enfriamiento, sumado al calentamiento por el 
procesamiento de datos, que es mucho 
mayor que el de un ordenador clásico, hace 
que su mantenimiento sea también de un alto 
valor, porque necesitara de fuentes de 
enfriamiento que a su vez requerirán gran 
energía eléctrica para funcionar, situación 
que dificulta todavía más el acceso del 
público a este tipo de ordenadores. 
 
Es así como siendo un tema aún novedoso y 
con mucho por descubrir en la actualidad, la 
computación cuántica es una forma de 
resolución de problemáticas en distintas 
ramas, y aunque no todos pueden tener 
acceso a una computadora cuántica, las 
diferentes áreas que se encuentran 
manejándolas y usándolas en diversas partes 
del mundo, debido a que tienen las 
instalaciones óptimas y el presupuesto 
necesario para poseer este tipo de 
computadoras, pueden solucionar 
dificultades con el uso diferentes algoritmos, 
como: en el ámbito matemático donde 
permite realizar factorizaciones, sistemas de 
ecuaciones, criptografía; en el sector 
empresarial donde se puede agilizar procesos 
de negocio y análisis de riesgo; y en la 
química, medicina, biología donde facilita la 
obtención de proyecciones; mostrando una 
vez más que en los últimos años se ha vuelto 
una herramienta muy útil, capaz de grandes 
desafíos, y de permitir la obtención de 
respuestas a diferentes incógnitas. 
 
MATERIALES Y MÉTODOS 
 
El método utilizado para esta investigación, 
fue el no experimental, dado que no se 
manipuló la variable de estudio y 
únicamente se obtuvo la información 
mediante fuentes bibliográficas que 
sustentaron de forma apropiada la 
indagación presentada , por ello se utilizó 
información de diversos autores para poder 
describir y analizar de mejor manera el tema 
de estudio , exponiendo las diversas 
perspectivas y aportes de cada uno de los 
autores destacados dentro de la historia de la 
computación cuántica. De igual forma se 
debe destacar que es un estudio exploratorio 
descriptivo. 
Por otra parte para la correcta realización de 
este trabajo fue necesario obtener 
información de fuentes verídicas, por ello se 
utilizó los siguientes materiales: 
 
-Libros digitales 
-Archivos PDF de páginas web 
-Sitios o páginas web especializadas 
 
RESULTADOS 
Con base a la información expuesta en este 
artículo se obtuvo como resultado que la 
computación cuántica posee: 
• Mayor potencia de cálculo debido a que 
ésta permite la resolución de problemas que 
con los ordenadores clásicos no se pueden 
responder. Gracias a “qubits” o bits 
cuánticos que amplían la capacidad de 
cómputo de manera exponencial, a 
diferencia de los bits tradicionales, los cuales 
los realizan de una forma lineal. 
• Mayor almacenamiento de memoria ya 
que, el ordenador cuántico al tener una mejor 
capacidad de cómputo, da la posibilidad de 
realizar un eficiente registro de datos, a la 
vez que los ordena y analiza en busca de 
patrones entre los mismos, siendo de gran 
importancia en el campo de la salud, ya que, 
mediante este ordenador cuántico, podemos 
acceder a una gestión de los datos de salud 
de una manera más eficiente. 
• Limitaciones porque a pesar de que los 
ordenadores cuánticos funcionan a 
temperaturas muy bajas y que esto signifique 
que se necesitará un despliegue energético, 
su precio en muy elevado, lo cual dificulta 
su obtención para usuarios de menores 
recursos económicos. Además no todo el 
público está adecuadamente capacitado para 
manejar este tipo de ordenadores que 
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES 
La computación cuántica, desde sus inicios 
ha sido considerada por muchos miembros 
dentro de la comunidad científica como un 
modelo incompleto, por las limitaciones e 
inconsistencias que puede llegar a tener en el 
transcurso de sus procesamientos, sin 
embargo con los algoritmos creados por los 
diferentes miembros de la comunidad 
científica que confiaron en esta nueva forma 
de procesamiento de datos, se pueden 
descubrir y analizar problemas que en el 
pasado parecían imposibles de realizar. Por 
tal motivo se puede decir que la 
computación cuántica que es una rama 
desarrollada como máquina basada en la 
utilización de la unidad qubit 
(unidad más avanzada que el bit clásico), 
permite simultáneamente estudiar diversas 
posibilidades de resultados, dependiendo de 
la incógnita o las incógnitas que se quieran 
encontrar, así como del problema que se esté 
planteando solucionar. 
Una vez mencionado lo anterior se puede 
destacar que la computación cuántica, no 
podría ejecutarse de manera adecuada sin la 
aplicación de forma idónea de los diferentes 
algoritmos que se han creado hasta la época, 
requiriendo como base los mismos para 
lograr conseguir los datos necesarios para 
dar respuesta a las diferentes problemáticas, 
por ejemplo en la economía, específicamente 
en el ámbito empresarial teniendo una cierta 
cantidad de tiempo en el mercado, una 
empresa puede utilizar la computación 
cuántica para analizar sus números pasados y 
actuales, y con ayuda de alguno de los 
algoritmos existentes, podrá introducir estos 
datos en una computadora cuántica, y lograr 
llegar a predecir sus posibles ingresos y 
egresos en determinados lapsos de tiempo en 
el futuro con mayor detalle que las 
predicciones matemáticas que se usan 
comúnmente, situación que sin lugar a dudas 
brinda una idea clara de las múltiples 
ventajas que le puede y le está trayendo a la 
sociedad el uso de la computación cuántica. 
Otro ejemplo de los usos que tiene en la 
actualidad, dado que la computación 
cuántica se basa en análisis exponencial, 
podría ser la forma en que se aplica en los 
diferentes laboratorios alrededor del mundo, 
donde suponiendo que se quiere analizar el 
comportamiento de un nuevo virus, puede 
estudiarse obteniendo manualmente en un 
inicio sus datos numéricos, como su 
evolución, su capacidad de infección, su 
resistencia a las variaciones de temperatura, 
y a partir de esta información, podrían 
introducirse estos datos en una computadora 
cuántica, proyectarse a grandes escalas, y 
aplicarse a los datos de una determinada 
población del mundo, para ver quétan 
rápido avanzaría este virus en ese 
determinado territorio. Dejando en evidencia 
nuevamente, los múltiples usos que pueden 
gracias a su versatilidad, dársele a los datos 
numéricos, en la computación cuántica. 
Sin embargo, el motivo por el cual, a pesar 
de la existencia de grandes instalaciones 
alrededor del mundo que usan la 
computación cuántica resolviendo 
problemáticas diversas, parte de la 
comunidad científica no confía en plenitud 
en esta rama porque la decoherencia, es un 
desafío que posee ciertas inconsistencias 
todavía en esta rama, relacionándose con las 
tasas de error y los diferentes tiempos de 
operación de la computación cuántica. Aun 
así las industrias avanzadas, como las 
centrales hidroeléctricas, los grandes centros 
de cómputo a nivel mundial, las mejores 
universidades del mundo, entre otras 
instituciones, hacen uso de la computación 
cuántica, adecuándola con los diferentes 
algoritmos, con el objetivo de realizar 
predicciones basadas en datos numéricos. 
Por este motivo, el debate, de si es viable en 
un futuro cercano utilizar y comercializar 
computadoras cuánticas, sigue abierto, 
porque mientras industrias aseguran obtener 
grandes ventajas usando estas computadoras, 
y demostrando con hechos estos resultados, 
en diversas ramas, aún existen miembros de 
la comunidad científica que se siguen 
negando y resistiendo a la idea de la 
viabilidad que tendría crear nuevos 
algoritmos adaptables a esta computación 
para ampliar los campos en que se podrían 
resolver interrogantes utilizando los qubits. 
Pero si algo se ha demostrado con el paso 
del tiempo, es que la tecnología avanza a un 
ritmo sin precedente, que parecería que no se 
detendrá nunca, y en lugar de mantenerse en 
la negación, los científicos siempre intentan 
innovar, y como ya ha pasado con otras 
ideas revolucionarias y debatibles, 
seguramente en un lapso de tiempo no muy 
lejano, la computación cuántica llegará a ser 
una realidad que se use en todas partes, 
permitiendo a los seres humanos resolver 
problemas cotidianos con el uso de qubits. 
 
RECONOCIMIENTOS 
En primer lugar, agradecer al docente de la 
asignatura, Ing. Julio Palma, que utilizo su 
conocimiento y apoyo para guiarnos en cada 
etapa de este proyecto para lograr los 
resultados que queríamos. También 
agradecer a la Universidad Técnica de 
Manabí por proporcionarnos todos los 
recursos y herramientas necesarias para 
llevar a cabo el proceso investigativo. Si no 
fuera por su ayuda en este trabajo, no 
habríamos llegado a estos resultados. 
 
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arte de la computación cuántica. 
Avances en sistemas e Informática, 
Vol.6 (Núm. 2), 235-248. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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