Problema
Definimos qué queremos descubrir: una molécula, una ruta o un patrón.
EXP—01 ARQUITECTURA / COMPUTACIÓN / CUÁNTICA
Una expedición interactiva al interior de la máquina más extraña que hemos construido.
COMPUTAR
LO IMPOSIBLE
AB
DETECTOR
PATRÓN DE PROBABILIDAD
FUENTES A + B
SISTEMA ESTABLE 0.707
α AMPLITUD
β FASE
ψ ESTADO
ESTÁS OBSERVANDO UN SISTEMA CUÁNTICO /// NO TOQUES: INTERACTÚA /// CADA MEDICIÓN CAMBIA EL RESULTADO ///
Tres fenómenos.
Un nuevo lenguaje.
Selecciona una señal. El instrumento cambia para mostrar cómo se comporta la información cuántica.
SEÑAL SELECCIONADA
Superposición
|ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩Un qubit no tiene que decidir entre cero y uno. Conserva una mezcla de posibilidades hasta que lo observamos.
AB
DETECTOR
PATRÓN DE PROBABILIDAD
FUENTES A + B
SISTEMA ESTABLE 0.707
EXP / MEDICIÓNObservar es
Observar es
intervenir.
Antes de medir, el qubit conserva muchas posibilidades. Al observarlo, obtenemos un resultado clásico. Ejecuta 16 mediciones y mira cómo aparece la probabilidad.
REGISTRO DE DISPAROS00 / 16
················
00%
10%
Controla un estado.
Después mídelo.
Ajusta la inclinación para cambiar las probabilidades y la fase para cambiar la orientación. La medición siempre devuelve un resultado clásico.
|0⟩|1⟩
PROBABILIDAD ESTIMADA
|0⟩50%
|1⟩50%
PARÁMETROS DEL ESTADO
ESTADO PREPARADO
cos(45°)|0⟩ + ei0° sin(45°)|1⟩¿Cómo está construida
una computadora cuántica?
No es solamente un chip. Es una arquitectura híbrida donde software, electrónica clásica, refrigeración y qubits trabajan como un solo sistema.
CAPA ACTIVA / 05
QPU
El chip donde evoluciona el estado cuántico.
15 mK
TOCA CADA NIVEL PARA INSPECCIONARLO
PASO ACTIVO / 01Programa: Una persona describe el problema y construye un circuito con puertas cuánticas.
RECORRIDO COMPLETO DE UNA INSTRUCCIÓNDel problema a los qubits
Del problema a los qubits
y de regreso.
La arquitectura cuántica conecta dos mundos. La computadora clásica decide qué operaciones ejecutar; el procesador cuántico transforma el estado físico de los qubits y devuelve mediciones que vuelven a ser analizadas de forma clásica.
1 / 6
IDEA CLAVE
La ventaja no vive en una sola pieza: aparece cuando todas las capas mantienen la precisión suficiente para controlar qubits frágiles miles de veces.
Más frío que
el espacio.
La escala es logarítmica: cada descenso elimina energía térmica que podría perturbar los qubits.
PUNTO SELECCIONADO0.015 K
Procesador cuántico
Quince milikelvin: la zona donde algunos qubits superconductores pueden conservar su estado.
0 K ES EL CERO ABSOLUTO: EL LÍMITE INFERIOR DE TEMPERATURA.CIRCUITO / BELL—01Dos qubits.
Dos qubits.
Un mismo destino.
|0⟩H●⌁
|0⟩⊕⌁
PASO 1 / 4
Ambos qubits comienzan en el estado |0⟩.
RESULTADOS POSIBLES
0011
≈ 50% CADA UNOConstruye y ejecuta
tu propio circuito.
Añade puertas en orden. H crea superposición, X cambia 0 por 1 y CNOT relaciona los dos qubits.
PUERTAS DISPONIBLESMÁXIMO 8 PUERTAS POR EJECUCIÓN
q0
q1
Selecciona una puerta para comenzar.
0 / 8 PUERTAS
DISTRIBUCIÓN DE RESULTADOS
|00⟩100%
|01⟩0%
|10⟩0%
|11⟩0%
La suma siempre es 100 %. En una máquina real ejecutaríamos el circuito muchas veces para estimar esta distribución.
El viaje de
una instrucción.
Desde una idea escrita en código hasta una señal eléctrica y, finalmente, una distribución de resultados clásicos.
Algoritmo
Construimos una estrategia que aprovecha interferencia y entrelazamiento.
Circuito
Expresamos la estrategia como una secuencia de puertas cuánticas.
Compilación
El circuito se adapta a la conectividad y errores del procesador real.
Pulsos
La electrónica transforma cada puerta en microondas o láseres calibrados.
Evolución
Los qubits cambian de estado sin revelar todavía la respuesta.
Medición
El estado se convierte en una cadena clásica de ceros y unos.
Análisis
Repetimos miles de veces y extraemos la distribución útil.
No existe un solo
tipo de qubit.
Distintos laboratorios construyen qubits con materia, luz y átomos. Cada enfoque cambia la velocidad, estabilidad y escala.
⌇
MUESTRA 01
Qubit superconductor
Usa corrientes sin resistencia en circuitos diminutos. Es rápido y compatible con técnicas de fabricación de chips, pero exige refrigeración extrema.
RUIDO / 06El enemigo vive
El enemigo vive
en todas partes.
Calor, vibración, radiación y errores de control destruyen la información cuántica. A esto lo llamamos decoherencia.
Qubit físico
Es el dispositivo real. Puede perder su estado o sufrir una operación imperfecta.
Síndrome de error
Medimos información indirecta para detectar qué cambió sin leer el dato protegido.
Qubit lógico
Muchos qubits físicos cooperan para crear una unidad mucho más confiable.
MUCHOS QUBITS FÍSICOS+MEDICIÓN CONTINUA=1 QUBIT LÓGICO
¿Para qué sirve
realmente?
No acelera todo. Su valor aparece cuando un problema tiene estructura cuántica o una cantidad inmensa de combinaciones.
⌬
QUÍMICA
Simular enlaces y reacciones para diseñar catalizadores, fármacos y fertilizantes.
EN EXPLORACIÓN◇
MATERIALES
Explorar superconductores, baterías y materiales con propiedades nuevas.
EN EXPLORACIÓN↯
OPTIMIZACIÓN
Investigar rutas, calendarios y asignaciones con millones de posibilidades.
EN EXPLORACIÓN⌁
CRIPTOGRAFÍA
Estudiar sistemas resistentes a ataques cuánticos y nuevas comunicaciones.
EN EXPLORACIÓN◎
ENERGÍA
Modelar procesos moleculares para captura de carbono y almacenamiento.
EN EXPLORACIÓN∞
INVESTIGACIÓN
Probar ideas sobre la propia mecánica cuántica y sistemas complejos.
EN EXPLORACIÓNCOMPARACIÓN / 08Clásica y cuántica:
Clásica y cuántica:
mejor juntas.
CRITERIOCOMPUTADORA CLÁSICACOMPUTADORA CUÁNTICA
UNIDADBit: 0 o 1Qubit: amplitudes de 0 y 1
OPERACIÓNPuertas lógicas digitalesPuertas cuánticas reversibles
RESULTADODeterministaDistribución probabilística
FORTALEZAUso general y gran estabilidadProblemas especializados
ENTORNOTemperatura cotidianaAislamiento extremo
RELACIÓNControla, prepara y analizaActúa como acelerador
Tres mitos
desactivados.
La computación cuántica es poderosa, pero muchas explicaciones populares exageran lo que hace.
“Prueba todas las respuestas al mismo tiempo.”
REALIDAD: prepara una combinación de posibilidades, pero necesita interferencia para hacer más probable una respuesta útil.
“Será más rápida para cualquier tarea.”
REALIDAD: para navegar, escribir o ver videos, una computadora clásica seguirá siendo mejor y más eficiente.
“El entrelazamiento permite enviar mensajes instantáneos.”
REALIDAD: crea correlaciones sorprendentes, pero no transmite información más rápido que la luz.
De una pregunta
a una arquitectura.
La computación cuántica no apareció de repente: cada idea añadió una pieza matemática, física o tecnológica.
La pregunta
Richard Feynman propone usar sistemas cuánticos para simular la naturaleza cuántica.
Computadora universal
David Deutsch describe un modelo universal de computación cuántica.
Algoritmo de Shor
Aparece un algoritmo cuántico capaz de factorizar enteros de manera especialmente eficiente.
Algoritmo de Grover
Se presenta una búsqueda cuántica que reduce el número de consultas necesarias.
Primeras demostraciones
Pequeños experimentos ejecutan versiones iniciales de algoritmos sobre pocos qubits.
Procesadores programables
Laboratorios y empresas ofrecen máquinas cuánticas controlables mediante servicios y herramientas de software.
Era de corrección de errores
La investigación se concentra en reducir ruido, escalar procesadores y construir qubits lógicos más confiables.
Palabras difíciles,
explicaciones claras.
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PRUEBA FINAL / 10Desafío de
Desafío de
cinco preguntas.
0/ 5 RESPONDIDASMEJOR: 0/5
¿Qué valores puede entregar un bit clásico?
¿Qué ocurre cuando medimos un qubit?
¿Qué describe mejor la superposición?
¿Por qué algunos procesadores cuánticos necesitan tanto frío?
¿Cómo se relacionarán las computadoras clásicas y cuánticas?
ESCANEA Y EXPLORAPROTOCOLO DE CIERRETres ideas para
Tres ideas para
recordar.
01 Un qubit se controla como una onda y se lee como un bit.
02 La QPU necesita software, electrónica, aislamiento y corrección de errores.
03 Las computadoras clásicas y cuánticas trabajarán juntas.