Hispanopedia WikiLa ciencia de la información cuántica es un campo interdisciplinario que combina los principios de la mecánica cuántica , la teoría de la información y la informática para explorar cómo se pueden aprovechar los fenómenos cuánticos para el procesamiento, el análisis y la transmisión de información. [ 1 ] La ciencia de la información cuántica abarca tanto los aspectos teóricos como experimentales de la física cuántica, incluyendo los límites de lo que se puede lograr con la información cuántica . A veces se utiliza el término teoría de la información cuántica , pero se refiere a los aspectos teóricos del procesamiento de la información y no incluye la investigación experimental. [ 2 ]
En esencia, la ciencia de la información cuántica explora cómo se comporta la información cuando se almacena y manipula mediante sistemas cuánticos. A diferencia de la información clásica, que se codifica en bits que solo pueden ser 0 o 1, la información cuántica utiliza bits cuánticos o cúbits que pueden existir simultáneamente en múltiples estados debido a la superposición . [ 3 ] Además, el entrelazamiento —un vínculo exclusivamente cuántico entre partículas— permite correlaciones que no tienen contraparte clásica. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
Estudios científicos y de ingeniería
La ciencia de la información cuántica es inherentemente interdisciplinaria, ya que reúne física, informática , matemáticas e ingeniería. Implica el desarrollo de marcos teóricos, el diseño de algoritmos cuánticos, la construcción de hardware cuántico y la implementación de protocolos de comunicación cuántica. [ 7 ]
La teletransportación cuántica , el entrelazamiento cuántico y la fabricación de computadoras cuánticas dependen de una comprensión integral de la física y la ingeniería cuánticas. Google e IBM , entre otros, han invertido significativamente en la investigación de hardware para computadoras cuánticas, lo que ha llevado a un progreso significativo en la fabricación de computadoras cuánticas desde la década de 2010. Actualmente, es posible construir una computadora cuántica con más de 100 cúbits , pero las tasas de error son altas debido a varios factores, incluida la decoherencia, [ 8 ] la falta de hardware y materiales adecuados para la fabricación de computadoras cuánticas, lo que dificulta la creación de una computadora cuántica escalable. [ 9 ]
Actualmente, existen dispositivos de criptografía cuántica disponibles para uso comercial. El cifrado de un solo uso (OTC) , empleado por espías durante la Guerra Fría , utiliza una secuencia de claves aleatorias para su encriptación. Estas claves pueden intercambiarse de forma segura mediante pares de partículas cuánticas entrelazadas, ya que los principios del teorema de no clonación y el colapso de la función de onda garantizan el intercambio seguro de las claves aleatorias. El desarrollo de dispositivos capaces de transmitir partículas cuánticas entrelazadas constituye un importante objetivo científico y de ingeniería.
Qiskit , Cirq y Q Sharp son lenguajes de programación cuántica populares. Se necesitan lenguajes de programación adicionales para computadoras cuánticas, así como una comunidad más amplia de programadores cuánticos competentes. Para ello, se requieren recursos de aprendizaje adicionales, ya que existen muchas diferencias fundamentales en la programación cuántica que limitan la cantidad de habilidades que se pueden transferir de la programación tradicional. [ 10 ] OpenQASM (Open Quantum Assembly Language) es un lenguaje de programación imperativo independiente de la máquina diseñado para describir circuitos cuánticos. Se basa en el modelo de circuito cuántico y representa los programas cuánticos como secuencias ordenadas de operaciones parametrizadas, incluyendo puertas, mediciones, reinicios y cálculos clásicos en tiempo real. Además de implementar algoritmos cuánticos, OpenQASM también permite la especificación de circuitos para tareas como la caracterización, validación y depuración de procesadores cuánticos. [ 11 ]
Temas matemáticos relacionados
Los algoritmos cuánticos y la teoría de la complejidad cuántica son dos de los temas de la teoría de algoritmos y complejidad computacional . En 1994, el matemático Peter Shor introdujo un algoritmo cuántico para la factorización de números primos [ 12 ] que, con una computadora cuántica que contuviera 4000 cúbits lógicos , podría potencialmente romper cifrados ampliamente utilizados como RSA y ECC , lo que representaría una importante amenaza para la seguridad. Esto condujo a una mayor inversión en la investigación de la computación cuántica y al desarrollo de la criptografía postcuántica [ 13 ] para prepararse para la era de la computación cuántica tolerante a fallos (FTQC). [ 14 ] [ 15 ]
Véase también
- Glosario de computación cuántica
- teoría de la información
- Mecánica cuántica
- Computación cuántica
- Corrección de errores cuánticos
- Criptografía cuántica y su generalización, comunicación cuántica
- Complejidad de la comunicación cuántica
- El entrelazamiento cuántico , visto desde un punto de vista de la teoría de la información.
- codificación densa cuántica
- teletransportación cuántica
- Capacidad clásica asistida por entrelazamiento
- Teorema de no comunicación
- Capacidad cuántica
- Canal de comunicación cuántica
- Complejidad del árbol de decisión cuántico
- Cronología de la computación y la comunicación cuánticas
- Mapa de recuperación de Petz
Referencias
- ↑ Watrous, John (26 de abril de 2018). La teoría de la información cuántica . Cambridge University Press. ISBN 978-1-316-85312-2.
- ↑ "Ciencia de la información cuántica" . www.pnnl.gov . Consultado el 6 de agosto de 2025 .
- ↑ Nielsen, Michael A.; Chuang, Isaac L. (09/12/2010). Computación cuántica e información cuántica: Edición del décimo aniversario . Cambridge University Press. ISBN 978-1-139-49548-6.
- ↑ Bub, Jeffrey (2023). "Entrelazamiento cuántico e información" . En Zalta, Edward N.; Nodelman, Uri (eds.). La enciclopedia de filosofía de Stanford ( edición de verano de 2023). Laboratorio de investigación en metafísica, Universidad de Stanford . Recuperado el 6 de agosto de 2025 .
- ↑ Brukner, Caslav; Zukowski, Marek (2009). "Desigualdades de Bell: Fundamentos y comunicación cuántica". arXiv : 0909.2611 [ quant-ph ].
- ↑ Braunstein, SL (2005). "Entrelazamiento en el procesamiento de información cuántica" . En Akulin, VM; Sarfati, A.; Kurizki, G.; Pellegrin, S. (eds.). Decoherencia, entrelazamiento y protección de la información en sistemas cuánticos complejos . Serie científica de la OTAN II: Matemáticas, física y química. Vol. 189. Dordrecht: Springer Netherlands. pp. 17–26 . Bibcode : 2005deip.book...17B . doi : 10.1007/1-4020-3283-8_3 . ISBN 978-1-4020-3283-7.
- ↑ "Ciencia de la información cuántica" . Energy.gov . 15 de noviembre de 2024. Consultado el 6 de agosto de 2025 .
- ↑ Schlosshauer, Maximilian (25-10-2019). "Decoherencia cuántica" . Physics Reports . 831 : 1–57 . arXiv : 1911.06282 . Bibcode : 2019PhR...831....1S . doi : 10.1016/j.physrep.2019.10.001 . ISSN 0370-1573 .
- ↑ de Leon, Nathalie P.; Itoh, Kohei M.; Kim, Dohun; Mehta, Karan K.; Northup, Tracy E.; Paik, Hanhee; Palmer, BS; Samarth, N.; Sangtawesin, Sorawis; Steuerman, DW (2021-04-16). "Retos y oportunidades de los materiales para el hardware de computación cuántica" . Science . 372 ( 6539) eabb2823. Bibcode : 2021Sci...372.2823D . doi : 10.1126/science.abb2823 . OSTI 1777671. PMID 33859004 .
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- ↑ "Introducción a OpenQASM" . Documentación de IBM Quantum . Consultado el 22 de agosto de 2025 .
- ↑ Shor, Peter W. (enero de 1999). "Algoritmos de tiempo polinomial para factorización prima y logaritmos discretos en una computadora cuántica" . SIAM Review . 41 (2): 303– 332. Bibcode : 1999SIAMR..41..303S . doi : 10.1137/S0036144598347011 . ISSN 0036-1445 .
- ↑ Bernstein, Daniel J. (2025), "Criptografía postcuántica" , Enciclopedia de criptografía, seguridad y privacidad , Springer, Cham, pp. 1846–1847 , doi : 10.1007/978-3-030-71522-9_386 , ISBN 978-3-030-71522-9, consultado el 6 de agosto de 2025
- ↑ Häner, Thomas; Jaques, Samuel; Naehrig, Michael; Roetteler, Martin; Soeken, Mathias (2020). «Circuitos cuánticos mejorados para logaritmos discretos de curva elíptica» . En Ding, Jintai; Tillich, Jean-Pierre (eds.). Criptografía postcuántica . Lecture Notes in Computer Science. Cham: Springer International Publishing. pp. 425–444 . arXiv : 2001.09580 . doi : 10.1007/978-3-030-44223-1_23 . ISBN 978-3-030-44223-1.
- ↑ Gottesman, Daniel (1998-01-01). "Teoría de la computación cuántica tolerante a fallos" . Physical Review A. 57 ( 1): 127– 137. arXiv : quant-ph/9702029 . Bibcode : 1998PhRvA..57..127G . doi : 10.1103/PhysRevA.57.127 .
- Nielsen, Michael A.; Chuang , Isaac L. (junio de 2012). Computación cuántica e información cuántica ( edición del décimo aniversario). Cambridge: Cambridge University Press . ISBN 978-0-511-99277-3OCLC 700706156
Enlaces externos
- Quantiki : portal y wiki de ciencia de la información cuántica.
- ERA-Pilot QIST WP1 Hoja de ruta europea sobre procesamiento y comunicación de información cuántica
- QIIC – Información Cuántica, Imperial College de Londres.
- QIP – Grupo de Información Cuántica, Universidad de Leeds. El grupo de información cuántica de la Universidad de Leeds investiga un amplio espectro de aspectos de la información cuántica. Esto abarca desde algoritmos y computación cuántica hasta implementaciones físicas del procesamiento de información y cuestiones fundamentales de la mecánica cuántica. También incluye tutoriales básicos para el público general.
- Grupo de Investigación mathQI sobre Matemáticas e Información Cuántica.
- Centro CQIST para la Ciencia y la Tecnología de la Información Cuántica en la Universidad del Sur de California
- Centro CQuIC para la Información y el Control Cuánticos, que incluye grupos teóricos y experimentales de la Universidad de Nuevo México y la Universidad de Arizona.
- Centro CQT de Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur
- Centro CQC2T para la Computación Cuántica y la Tecnología de la Comunicación
- Grupo de Ciencias y Tecnologías Cuánticas QST@LSU en la Universidad Estatal de Luisiana
- Programa de máster QIST@TU Delft en Ciencia y Tecnología de la Información Cuántica en la Universidad Técnica de Delft (TU Delft).
- Ciencia de la información cuántica
