ING. CESAR AYRA APAC
GENERALIDADES ¿Definición e Historia de la Computación Cuántica? Aplicaciones Cuánticas Presente y Futuro de la Computación cuántica
COMPUTACION CUANTICA Está basada en las interacciones del mundo atómico
DEFINICION EXACTA ES UN SISTEMA DE CIRCUITOS CUÁNTICOS, ACTUANDO EN UN ESPACIO DE ESTADOS.
El circuito es una secuencia de transformaciones unitarias, seguido por una medición. Esas transformaciones, son llamadas compuertas cuánticas, y son controladas por una computadora clásica. El espacio de estados de una computadora cuántica tiene la estructura de un espacio de un vector Hermitian.
UN POCO DE HISTORIA LOS PRIMEROS PASOS LO DIERON LOS BABILONIOS, Hace mas de 3000 años a.C.
EL ABACO
Ábaco proviene del griego ABAX que significa una tabla o carpeta cubierta de polvo
Babilonios – Egipcios Chinos – (Saun-pan) japoneses – (Soroban).
Siglos XIV al XIX época de los grandes INVENTOS La máquina diferencial y la analítica la Máquina Diferencial era un dispositivo de 6 dígitos que resolvía ecuaciones polinómicas por el método diferencial. La segunda, denominada Máquina Analítica, fue diseñada como un dispositivo de cómputo general.
Charles Babbage (1792-1871)
NACIMIENTO DE IBM
Herman Hollerith en 1896 fundó la TABULATING MACHINE COMPANY, en 1924 cambió su nombre por el de International Business Machines Corporation (IBM), que años más tarde se convertiría en el gigante de la computación.
INICIOS DE LA ERA COMPUTACIONAL
John Louis von Neumann (1903-1957), científico matemático ocupa un lugar privilegiado en la historia de la computación. desempeñó muchas cátedras en universidades de prestigio en todo el mundo, tales como Harvard, Pensilvania, Princeton, Roma, Amsterdam, etc. En 1956 fue elgido miembro honorario de la Academia de Ciencias Exactas en Lima, Perú.
La MARK I de IBM en 1944
Mark I, es la primera computadora construida por la IBM a gran escala, desarrollada en cooperación con la Universidad de Harvard. era la primera máquina capaz de ejecutar largas operaciones en forma automática. Medía 15 metros de largo, 2.40 m. de altura y pesaba 5 toneladas.
1958 Los Circuitos Integrados Fue en 1958 que Jack Kilby y Robert Noycea, de la Texas Instrument, inventaron los circuitos integrados, que eran un conjunto de transistores interconectados con resistencias, dentro de un solo chip.
En Abril de 1964 IBM presenta su generación de computadores IBM 360 370 Estaban basadas en circuitos integrados, la alimentación de la información era realizada por medio de tarjetas perforadas, previamente tabuladas y su almacenamiento se hacía en cintas magnéticas.
MICRO COMPUTADORAS
En 1980 IBM empezó a desarrollar su propia computadora personal. Una de las decisiones claves del comité de desarrollo de IBM fue la de utilizar una arquitectura abierta, seleccionando componentes y software de otras empresas.
ACTUALIDAD Evolución a pasos agigantados
TENDENCIA Hacerlo mas pequeño, Microscopico, Nanotecnología Espín trónica, y ahora la Computación Cuántica. Los fenómenos que tendrá que enfrentar la tecnología de las computadoras cuando el tamaño de sus componentes (transistores, circuitos, etc.) rebase un límite inferior determinado, para el que las leyes de la física son fundamentalmente diferentes a las que se aplican en el mundo macroscópico
COMPUTACION CUANTICA Uno de los precursores en investigación es la empresa “IBM” en 1998. Liderando estas investigaciones el Científico Chuang, quien amplió su reputación como uno de los experimentalistas en computación cuántica más importantes del mundo.
UNIDADES DE ALMACENAMIENTO En la computación cuántica, a diferencia de la computación actual donde cada bit puede estar en un estado discreto y alternativo a la vez, la unidad fundamental de almacenamiento es el bit cuántico, donde cada bit cuántico puede tener múltiples estados simultáneamente en un instante determinado, así reduciendo el tiempo de ejecución de algunos algoritmos de miles de años a segundos
El qubit (quantum bit)
Representa ambos estados simultáneamente, un "0" y un "1" lógico, dos estados ortogonales de una sub partícula atómica, como es representada en la figura, Un vector de dos qubits, representa simultáneamente, los estados 00, 01, 10 y 11; un vector de tres qubits, representa simultáneamente, los estados 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, y 111; y así sucesivamente. Es decir un vector de n qubits, representa a la vez 2n estados.
PROBLEMA FUNDAMENTAL DE LA COMPUTACION CUANTICA A ésta escala las leyes de la física clásica siguen siendo válidas, y el transistor puede seguir siendo tratado como un objeto que responde a leyes clásicas, en base a las cuales están construidas todas las computadoras actualmente. Pero de seguir la tendencia en la reducción en el tamaño de los componentes, tendremos muy probablemente que enfrentarnos con las leyes cuánticas, cuando el tamaño de éstos alcance niveles atómicos.
ARQUITECTURA DE UNA COMPUTADORA CUANTICA La arquitectura de una computadora cuántica es similar a la de las computadoras tradicionales, con ciertos elementos propios de la computación cuántica. esta conformada por: una ALU cuántica, memoria cuántica, y un planificador dinámico
REQUISITOS PARA UNA COMPUTADORA CUANTICA Se deben cumplir al menos cinco requisitos: Se necesita un sistema de qubits. Los qubits deben ser individualmente direccionables y deben interactuar con otros para conformar compuertas lógicas de propósito general. Debe ser posible la inicialización de las compuertas. Se debe tener la posibilidad de extraer los resultados computacionales, y La necesidad de un tiempo de coherencia duradero
LO QUE SE PODRIA HACER CON LA COMPUTACION CUANTICA podrían obtenerse ahorros exponenciales en el tiempo de procesamiento. Un ejemplo: La factorización de números grandes (encontrar números que al multiplicarse arrojen el número del cual son factores), y la búsqueda en bases de Datos. los algoritmos actuales para codificar y enviar en forma encriptada información a través de Internet, basan su seguridad en la imposibilidad de las computadoras actuales de encontrar en un tiempo razonable, los factores de un determinado número. El computador cuántico haría obsoletos dichos mecanismos de encriptación.
CONCLUSIONES Conforme la miniaturización de los componentes de la computadora continúe, llegará el momento en que los fenómenos que estudia la física cuántica tengan que ser tomados en cuenta en la construcción de nuevas computadoras. Una alternativa para este problema es el aprovechamiento de la interferencia cuántica para construir un nuevo tipo de computadora. Aunque se han hecho experimentos alentadores; el fenómeno de la "decoherencia" no ha podido ser resuelto satisfactoriamente , aunque algunos científicos sostienen que antes de 5 años se podrá contar con el primer procesador cuántico.
CONCLUSIONES El avance de la computación cuántica esta limitada por sus principales ventajas. Con lo referente a la superposición cuántica, que permite el paralelismo masivo y mantener una gran cantidad de múltiples estados en un mismo instante, En la parte física la meta es lograr diseñar dispositivos en sólidos, y no en gases como se da en la mayoría de los experimentos actualmente.
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