En la computación cuántica , un qubit es una unidad de información análoga a un bit (dígito binario) en la computación clásica , pero se ve afectado por propiedades de la mecánica cuántica como la superposición y el entrelazamiento que permiten que los qubits sean de alguna manera más poderosos que los bits clásicos para algunas tareas . Los qubits se utilizan en circuitos cuánticos y algoritmos cuánticos compuestos de puertas lógicas cuánticas para resolver problemas computacionales , donde se utilizan para cálculos de entrada / salida y cálculos intermedios.
Un qubit físico es un dispositivo físico que se comporta como un sistema cuántico de dos estados , utilizado como componente de un sistema informático . [1] [2] Un qubit lógico es un qubit físico o abstracto que funciona según lo especificado en un algoritmo cuántico o circuito cuántico [3] sujeto a transformaciones unitarias , tiene un tiempo de coherencia lo suficientemente largo como para ser utilizado por puertas lógicas cuánticas (cf propagación retardo para puertas lógicas clásicas). [1] [4] [5]
En septiembre de 2018 [actualizar], la mayoría de las tecnologías utilizadas para implementar qubits enfrentan problemas de estabilidad, decoherencia , [6] [7] tolerancia a fallas [8] [9] y escalabilidad . [6] [9] [10] Debido a esto, se necesitan muchos qubits físicos con el propósito de corregir errores para producir una entidad que se comporte lógicamente como lo haría un solo qubit en un circuito o algoritmo cuántico; este es el tema de la corrección de errores cuánticos . [3] [11] Por lo tanto, los qubits lógicos contemporáneos generalmente consisten en muchos qubits físicos para proporcionar estabilidad, corrección de errores y tolerancia a fallas necesarias para realizar cálculos útiles. [1] [7] [11]
Descripción general
Se ha demostrado que las operaciones de puerta cuántica de 1 y 2 bits son universales. [12] [13] [14] [15] Un algoritmo cuántico puede instanciarse como un circuito cuántico . [16] [17]
Un qubit lógico especifica cómo debe comportarse un solo qubit en un algoritmo cuántico, sujeto a operaciones de lógica cuántica que se pueden construir a partir de puertas de lógica cuántica. Sin embargo, los problemas en las tecnologías actuales impiden que los sistemas cuánticos de dos estados , que pueden usarse como qubits físicos , codifiquen y retengan de manera confiable esta información durante el tiempo suficiente para que sean útiles. Por lo tanto, los intentos actuales de producir computadoras cuánticas escalables requieren corrección de errores cuánticos , y se deben usar múltiples (actualmente muchos) qubits físicos para crear un solo qubit lógico tolerante a errores. Según el esquema de corrección de errores utilizado y las tasas de error de cada qubit físico, se podría formar un solo qubit lógico de hasta 1000 qubits físicos. [18]
Computación cuántica topológica
El enfoque de los qubits topológicos , que se aprovecha de los efectos topológicos en la mecánica cuántica , se ha propuesto como necesario muchos menos o incluso un solo qubit físico por qubit lógico. [10] Los qubits topológicos se basan en una clase de partículas llamadas anonas que tienen un espín que no es ni medio integral ( fermiones ) ni integral ( bosones ) y, por lo tanto, no obedecen ni a las estadísticas de Fermi-Dirac ni a las estadísticas de Bose-Einstein sobre el comportamiento de las partículas. [19] Los anones exhiben simetría trenzada en sus líneas del mundo , lo que tiene propiedades deseables para la estabilidad de los qubits. En particular, los anones deben existir en sistemas restringidos a dos dimensiones espaciales o menos, de acuerdo con el teorema de estadística de espín , que establece que en 3 o más dimensiones espaciales, sólo son posibles fermiones y bosones. [19]
Ver también
- Corrección de errores cuánticos y el teorema del umbral cuántico
- Computación cuántica § Obstáculos
- Computación cuántica superconductora
- Cruce de Josephson
- Computación cuántica de iones atrapados
- Computación cuántica basada en semiconductores
- Punto cuántico
- Computación cuántica topológica
Referencias
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