PROCESADORES CUANTICOS

QUE ES LA COMPUTACION CUANTICA

A diferencia de sus contrapartes binarias, los procesadores cuánticos aprovechan las más increíbles propiedades del mundo subatómico para llevar a cabo su magia. Los dispositivos que basan su funcionamiento en la mecánica cuántica son capaces de estar al mismo tiempo en una cantidad teóricamente infinita de estados, lo que los hace ideales para resolver algunos tipos de problemas prácticamente inabordables mediante los microprocesadores binarios de toda la vida.

ORIGEN DE LA COMPUTACION CUANTICA

A medida que evoluciona la tecnología, aumenta la escala de integración y caben más transistores en el mismo espacio; así se fabrican microchips cada vez más pequeños, y es que, cuanto más pequeño es, mayor velocidad de proceso alcanza el chip. Sin embargo, no podemos hacer los chips infinitamente pequeños. Hay un límite en el cual dejan de funcionar correctamente. Cuando se llega a la escala de nanómetros, los electrones se escapan de los canales por donde deben circular. A esto se le llama efecto túnel.Una partícula clásica, si se encuentra con un obstáculo, no puede atravesarlo y rebota. Pero con los electrones, que son partículas cuánticas y se comportan como ondas, existe la posibilidad de que una parte de ellos pueda atravesar las paredes si son demasiado finas; de esta manera la señal puede pasar por canales donde no debería circular. Por ello, el chip deja de funcionar correctamente.

PRIMER PROCESADOR CUANTICO

Un equipo, dirigido por investigadores de la Universidad de Yale, ha creado el primer procesador cuántico rudimentario de estado sólido, dando un nuevo paso hacia el desarrollo de los ordenadores cuánticos.Han utilizado un chip superconductor que contiene dos qubits y que realiza algoritmos elementales, como una búsqueda sencilla, demostrando por primera vez la posibilidad de procesar información con un dispositivo de estado sólido. El resultado de su investigación aparecerá en el número del 28 de junio de la revista Nature.El equipo de investigación ha fabricado dos átomos artificiales o qubits, cada uno de los cuales está formado por un billón de átomos de aluminio, que se comportan como un solo átomo que puede ocupar dos estados de energía.

PROBLEMAS DE LA COMPUTACION CUANTICA

Uno de los obstáculos principales para la computación cuántica es el problema de la de coherencia cuántica, que causa la pérdida del carácter unitario (y, más específicamente, la reversibilidad) de los pasos del algoritmo cuántico. Los tiempos de de coherencia 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 bajas. Las tasas de error son típicamente proporcionales a la razón entre tiempo de operación frente a tiempo de coherencia, de forma que cualquier operación debe ser completada en un tiempo mucho más corto que el tiempo de coherencia. Si la tasa de error es lo bastante baja, es posible usar eficazmente la corrección de errores cuántica, con lo cual sí serían posibles tiempos de cálculo más largos que el tiempo de coherencia y, en principio, arbitrariamente largos. Se cita con frecuencia una tasa de error límite de 10-4, por debajo de la cual se supone que sería posible la aplicación eficaz de la corrección de errores cuánticos.

Algoritmos cuánticos

Los algoritmos cuánticos se basan en un margen de error conocido en las operaciones de base y trabajan reduciendo el margen de error a niveles exponencialmente pequeños, comparables al nivel de error de las máquinas actuales.

Algoritmo de Shor

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.

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(Nk) para ningún k, así que llegan a ser rápidamente imprácticos 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.

Algoritmo de Grover

el algoritmo de Grover es un algoritmo cuántico para la búsqueda en una secuencia no ordenada de datos con N componentes en un tiempo O (N1/2), y con una necesidad adicional de espacio de almacenamiento de O(logN) (véase notación O). Fue inventado por Lov K. Grover en 1996.

En una búsqueda normal de un dato, si tenemos una secuencia desordenada se debe realizar una inspección lineal, que necesita un tiempo de O (N), por lo que el algoritmo de Grover es una mejora bastante sustancial, evitando, además, la necesidad de la ordenación previa. La ganancia obtenida es "sólo" de la raíz cuadrada, lo que contrasta con otras mejoras de los algoritmos cuánticos que obtienen mejoras de orden exponencial sobre sus contrapartidas clásicas.

Algoritmo de Deutsch-Jozsa

el algoritmo de Deutsch-Jozsa es un algoritmo cuántico, propuesto por David Deutsch y Richard Jozsa en 1992. Fue uno de los primeros algoritmos diseñados para ejecutar sobre un computador cuántico y que tiene el potencial de ser más eficiente que los algoritmos clásicos al aprovechar el paralelismo inherente de los estados de superposición cuánticos.

Entrelazamiento cuántico

El entrelazamiento cuántico es una propiedad predicha en 1935 por Einstein, Podolsky y Rosen en su formulación de la llamada paradoja EPR.

En entrelazamiento es un fenómeno cuántico, sin equivalente clásico, en el cual los estados cuánticos de dos o más objetos se deben describir mediante un estado único que involucra a todos los objetos del sistema, aún cuando los objetos estén separados espacialmente. Esto lleva a correlaciones entre las propiedades físicas observables. Por ejemplo, es posible preparar (enlazar) dos partículas en un solo estado cuántico de espín nulo, de forma que cuando se observe que una gira hacia arriba, la otra automáticamente recibirá una "señal" y se mostrará como girando hacia abajo, pese a la imposibilidad de predecir, según los postulados de la mecánica cuántica, qué estado cuántico se observará.

Criptografía cuántica

La criptografía cuántica es la criptografía que utiliza principios de la mecánica cuántica para garantizar la absoluta confidencialidad de la información transmitida. Las actuales técnicas de la criptografía cuántica permiten a dos personas crear, de forma segura, una propiedad única de la física cuántica para cifrar y descifrar mensajes.

La criptografía cuántica como idea se propuso en 1970, pero no es hasta 1984 que se publica el primer protocolo.

Teleportación cuántica

La teleportación es una tecnología cuántica única que transfiere un estado cuántico a una localización arbitrariamente alejada usando un estado de entrelazamiento cuántico distribuido y la transmisión de cierta información clásica. La teleportación cuántica aún no transporta energía o materia, ni permite la comunicación de información a velocidad superior a la de la luz, pero es útil en comunicación y computación cuánticas.

Procesador cuántico de estado sólido

El equipo de investigadores estadounidense dirigido por el profesor Robert Schoelkopf, de la Universidad de Yale, que ya en 2007 había desarrollado el Bus cuántico, crea ahora el primer procesador cuántico de estado sólido, mecanismo que se asemeja y funciona de forma similar a un microprocesador convencional, aunque con la capacidad de realizar sólo unas pocas tareas muy simples, como operaciones aritméticas o búsquedas de datos.

Para la comunicación en el dispositivo, esta se realiza mediante fotones que se desplazan sobre el bus cuántico, circuito electrónico que almacena y mide fotones de microondas, aumentando el tamaño de un átomo artificialmente.

el primer procesador cuántico capaz de calcular los factores primos de un número compuesto

Usando un ordenador clásico y el algoritmo clásico más conocido, realizar ciertos cálculos consumiría más tiempo que la edad del universo, mientras que una computadora cuántica podría reducir este tiempo de espera a pocas decenas de minutos.

Calcular los factores primos de un número puede parecer un problema de matemáticas elementales, pero al intentarlo con un número grande, por ejemplo uno que contenga más de 600 dígitos, la tarea se vuelve colosal. Una vía para aligerarla drásticamente es la computación cuántica, la cual hoy está sólo en sus inicios.

SUPERCOMPUTADORAS DE HOY

ASCI Blue Pacific

• Hiper-cluster de 1.464 nodos IBM SP

• Realización probada en 1999 a 3.9 TeraOPS(trillones de operaciones de punto flotante porsegundo)

• Proporciona 2,6 terabytes (TB) de memoria y 75TB de disco

• Arquitectura muy flexible para la ejecución deaplicaciones en 3D de media escala aextremadamente grandes

Diferencias entre computadoras y supercomputadoras clásicos

Utilización de una arquitectura revolucionaria para la época. Tenían dos características diferenciadoras.

La utilización de pipelines con múltiples etapas y la vectorización de los registros del procesador (todos o parte de ellos).

CRAY (70’s)

El Cray 1 fue el primer supercomputador "moderno".

Podía realizar más de cien millones de operaciones aritméticas por segundo (100 Mflop/s).Esto lo hizo famoso.

Si hoy, siguiendo un proceso convencional, intentáramos encontrar un computador de la misma velocidad usando PCs, necesitaríamos conectar 200 de ellos, o también podríamos simplemente comprar 33 Sun4s.

Supercomputadoras soviéticas

Del mismo modo que hubo una carrera espacial y una armamentística, no debería sorprender a nadie que hubiera también una carrera supercomputacional. Los programas informáticos de alto rendimiento de la Unión Soviética fueron, por supuesto, llevados en secreto. La información aquí es, y tristemente probablemente continúe siendo bastante imprecisa