Informacion ´ Cu´antica Jos´e Alberto Villalvazo Espinoza Universidad de Guadalajara
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21 de octubre de 2016 Abstract En el presente texto se har´a una revisi´on conceptual sobre la informaci´on cu´antica haciendo una definici´on y repaso por algunos temas fundamentales como la superposici´on de estados, el entrelazamiento cu´antico y la importancia de almacenar informaci´on, asi como un repaso por los investigadores de la universidad de guadalajara y algunos centros de estudio al rededor del mundo. Se hace tambi´en una menci´on a la teleportaci´on cu´antica y su importancia en el desarrollo de las comunicaciones.
I.
´ Introduccion
´ tiene multiples ´ a informacion significados el enfoque que le sea dado sin embargo; podemos definir un concepto haciendo referencia al uso que se le da en inform´atica que es el a´ rea que ha revolucionado ´ por lo que el como manejamos la informacion podemos definirla como : un conjunto de datos, ˜ anadidos, procesados y relacionados, de manera que pueden dar pauta a la correcta toma ´ el fin previsto. [IFM,2008] de decisiones segun Para poder comprender como la f´ısica cu´antica ´ casi tan grande para la supone una revolucion ´ como lo fue la computacion ´ hace informacion ˜ es necesario saber que la cu´antica estuanos dia el comportamiento de la materia cuando ˜ las dimensiones de e´ sta son tan pequenas ˜ efectos como que empiezan a notarse extranos la imposibilidad de conocer con exactitud la ´ de una part´ıcula o simult´aneamente posicion ´ y velocidad, sin afectar a la propia su posicion part´ıcula.
L
II.
Figure 1: entrelazamiento cu´antico
Es decir, est´an relacionadas entre s´ı y porque s´ı. Modificar una de ellas modifica autom´aticamente a la otra. Y no importa la distancia o lo que se ponga entre medias. No importa ´ medio por el cual interporque no hay ningun accionen. Sencillamente, cuando cambia una, lo hace la otra autom´aticamente.
III.
´ cuantica ´ Teleportacion
´ cu´antica es la transmision ´ del La teleportacion estado cu´antico de un sistema local (A) a otro remoto (B), por medio de un estado cu´antico entrelazado compartido entre A y B. Un estado ´ entrelazado posee propiedades de correlacion ´ resultan posibles en muy especiales que solo la f´ısica cu´antica y que permiten, entre otras ´ cosas, realizar el proceso de teleportacion. ´ cu´antica no involucra transLa teleportacion porte de materia o de energ´ıa, sino de in-
´ Entrelazamiento cuantico
El entrelazamiento cu´antico es una propiedad de las part´ıculas que dice que dos part´ıculas ´ est´an ”entrelazadas” ´ıntimamente, sin razon, ´ aparente. ni medio, ni comunicacion
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F´ısica de Part´ıculas • Octubre 2016
´ formacion. No trae aparejada ninguna con´ con la teor´ıa de la relatividad (es tradiccion ´ de informacion ´ a decir, no implica transmision velocidades mayores que la velocidad de la luz), pues A y B deben adem´as intercambiar una ´ por medios convencionales. cierta informacion Un aspecto notable es que el estado a teletransportar no necesita ser conocido.
IV.
´ Cuantica ´ Informacion
´ no nos interesa real[Llausi,2009] informacion mente entender el contenido de un mensaje, sino solamente cuantificar la cantidad de in´ contenida en e´ l. Esto significa, en formacion particular, que el medio f´ısico utilizado para ´ no es importante. [] La inforla transmision ´ cl´asica posee ciertas caracter´ısticas funmacion damentales: no puede viajar m´as r´apido que la luz, puede ser borrada y copiada. Actual´ se almamente la mayor´ıa de la informacion cena en nuestros dispositivos como computadoras, smartphone o tablets, estas almacenan ´ en forma de bits. El bit es la la informacion ´ empleada en unidad m´ınima de informacion inform´atica, en cualquier dispositivo digital, o ´ Con e´ l, podemos en la teor´ıa de la informacion. representar dos valores cualesquiera, como verdadero o falso, abierto o cerrado, blanco o negro, norte o sur, masculino o femenino, rojo o azul, etc. Basta con asignar uno de esos valores al estado de ”apagado” (0), y el otro al estado de ”encendido” (1).
Actualmente para guardar estos datos se utilizan los transistores de silicio que cada vez se construyen de una manera m´as compacta siguiendo la ”ley de moore”. El problema con esta ley es que llegar´a el momento en que no sea posible ignorar los efectos cu´anticos de la materia y nuestros dispositivos no sean capaz de funcionar de manera correcta si continuamos con la manera cl´asica de almacenar infor´ macion.Al llegar a estos l´ımites utilizaremos los estados cu´anticos de algunos sistemas f´ısicos para codificar ceros y unos. Sin embargo, ya sabemos que los sistemas cu´anticos se portan 2
Figure 2: Representaci´on de un transistor
Figure 3: Representaci´on de un Qbit
de forma dr´asticamente distinta de los sistemas ´ guardada y transmicl´asicos, y la informacion ´ tida mediante estos objetos microscopicos se rige por las leyes de la mec´anica cu´antica. La ´ cu´antica, es decir, la unidad de informacion ´ cu´antica que se puede cantidad de informacion resguardar en el estado del sistema cu´antico ˜ (que solo ´ tiene dos niveles de m´as pequeno energ´ıa), por ejemplo, una part´ıcula de esp´ın 1 ´ de un foton, ´ se 2 , o los estados de polarizacion llama qubit.
´ cu´antica, el qubit, gracias a la superposicion puede no solo estar en uno de esos dos es´ posible tados sino en cualquier combinacion de ellos. Los expertos en inform´atica, acostumbrados al panorama discreto (de estados plenamente identificables) que presentan los ´ sistemas digitales, pueden sentir la tentacion
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´ como un tercer esde ver a la superposicion tado para el qubit (yo mismo quer´ıa verlo as´ı al principio) pero esta idea ser´ıa incorrecta. Un tercer estado implicar´ıa que al estar en super´ el qubit no puede estar en estado 0 o posicion en 1, ya que los estados son excluyentes, como sucede por ejemplo con ciertos dispositivos ´ ´ implica electronicos tri-state. La superposicion que el qubit puede de hecho estar en los dos estados simult´aneamente, o en cualquiera de sus combinaciones (25% de 0 y 75% de 1 por ejemplo). Es m´as, un sistema de dos qubits podr´ıa estar en los cuatro estados que resultan de combinar el 0 y 1 (00, 01, 10 y 11) y en ´ posible de esos cuatro cualquier combinacion estados (00 combinado con 01, combinado con 10, combinado con 11). En general N qubits ´ de 2N pueden estar en cualquier combinacion estados. Los microprocesadores actuales de 32 o 64 bits procesan entradas y salidas de ese ˜ Un procesador cu´antico con 32 qubits tamano. de entrada y salida ser´ıa capaz de procesar los 232 estados posibles de la entrada y entregar el m´aximo de 232 salidas diferentes en un solo ´ paso o en una sola computacion.
V.
[Llausi,2009] Sergi Vela Llaus´ı Computaci´on cu´antica [Garcia,2011] Juan Jos´e Garc´ıa Ripoll Introducci´on a la informaci´on cu´antica [Zambrano,2007] Angel A. Zambrano M Bits, Bytes y Datos y tipos de datos.
Obtenido de : www.in f ormaticamoderna.com [IFM,2008] (2008)Inform´atica Moderna
Universidad de Guadalajara
La universidad cuenta con varios investigadores que se dedican al estudio de la infor´ cu´antica, ya que la universidad tiene macion tambi´en un departamento especializado en esta a´ rea. ´ • Andrei B. Klimov - Optica cu´antica • GORIN HUTTER THOMAS - F´ısica fundamental avanzada • LOPEZ VELAZQUEZ GUSTAVO - Com´ cu´antica putacion ˜ • MUNOZ VILLEGAS CARLOS ALBERTO ´ ´ cu´antica -Optica e Informacion
References [Klimov,2008] Andrei B. Klimov Informaci´on cu´antica: ideas y perspectivas Cinvstav,M´exico. 3