Ingeniería cuántica

La comunicación cuántica segura es un método que se hipotetiza como "cuántico seguro" en la llegada de los sistemas de computación cuántica que utilizan el algoritmo de Shor para romper los sistemas criptográficos actuales . Esto se hace a través de varias técnicas como la distribución de clave cuántica (QKD) , el uso de un generador de números aleatorios cuánticos, la codificación densa cuántica y la teletransportación cuántica. ^{[ 13 ]} La distribución de clave cuántica (QKD) es un método de transmisión de información usando luz entrelazada de una manera que hace que cualquier interceptación de la transmisión sea obvia para el usuario. Se puede usar un generador de números aleatorios cuánticos, que es capaz de producir números verdaderamente aleatorios, a diferencia de los algoritmos no cuánticos que imitan la aleatoriedad. ^{[ 14 ]} También se puede usar una técnica llamada codificación densa cuántica, donde se usa un cúbit en lugar de dos bits de computadora clásicos. Esto aumenta la capacidad del canal a través del entrelazamiento. Es importante señalar que un cúbit no se puede copiar. ^{[ 13 ]}   La computación cuántica usa una unidad básica de información llamada cúbit en lugar de un bit de computadora clásico. Los cúbits son sistemas cuánticos de dos niveles que pueden denotarse con valores de 1, 0 o cualquier superposición de estos estados. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Un cúbit no puede copiarse debido al efecto del observador, donde la medición de las propiedades del sistema cuántico provoca un cambio en el sistema. La teletransportación cuántica es otra técnica utilizada en la que el estado cuántico de un cúbit se teletransporta a larga distancia sin que la partícula en sí se envíe directamente. ^{[ 13 ]}

Se hipotetiza que las computadoras cuánticas tendrán aplicaciones importantes en áreas como la optimización y el aprendizaje automático. Son más conocidas por su capacidad prevista para ejecutar el algoritmo de Shor, que puede factorizar números grandes y sustenta partes de la criptografía moderna utilizada para asegurar las transmisiones de datos. Esta capacidad podría permitir que computadoras cuánticas relativamente pequeñas superen a algunas de las supercomputadoras más grandes en ciertos problemas matemáticos. ^{[ 17 ]}

Los simuladores cuánticos son tipos de computadoras cuánticas diseñadas para simular un sistema del mundo real, como un compuesto químico. ^{[ 18 ] [ 19 ]} La idea de los simuladores cuánticos fue publicada por primera vez en 1982 por Richard Feynman. ^{[ 16 ]} Los simuladores cuánticos son más sencillos de construir que las computadoras cuánticas de propósito general porque no es necesario un control completo sobre cada componente. ^{[ 18 ]} Los simuladores cuánticos actualmente en desarrollo incluyen átomos ultrafríos en redes ópticas, iones atrapados, matrices de cúbits superconductores y otros. ^{[ 18 ]}

También se ha propuesto el aprendizaje automático cuántico. Dos ejemplos de esto son la agrupación cuántica, donde se podrían usar principios cuánticos para agrupar datos en clústeres, y los autocodificadores cuánticos que podrían comprimir y luego reconstruir datos. ^{[ 17 ]}

La detección cuántica utiliza ciertas características cuánticas para generar mediciones muy precisas. Por ejemplo, se utilizan sistemas cuánticos como átomos neutros e iones atrapados como sensores cuánticos debido a su relativa facilidad de manipulación y a que pueden colocarse en un estado conocido. Los sensores cuánticos emplean diversos sistemas cuánticos para obtener sus mediciones. ^{[ 20 ]} Se espera que los sensores cuánticos tengan numerosas aplicaciones en una amplia gama de tecnologías, incluyendo sistemas de posicionamiento, tecnología de comunicaciones, sensores de campos eléctricos y magnéticos y gravimetría . ^{[ 21 ]}

Se está considerando el uso de sensores cuánticos en ingeniería civil y metrología para ayudar a determinar las condiciones subterráneas desconocidas de un área. Los sensores cuánticos complementan el radar de penetración terrestre, la magnetometría, la resistividad eléctrica y las mediciones acústicas. Esto se logra mediante mediciones realizadas con gravimetría cuántica. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

En el campo de la medicina, se están considerando sensores cuánticos para detectar la conductividad en arterias y órganos, la actividad neuronal, el progreso de la quimioterapia y la presencia de isótopos en el organismo. Esto se logra mediante técnicas como el entrelazamiento de espín, el uso de espines atómicos como sensores magnéticos y la luz comprimida. Estas técnicas proporcionan información que puede utilizarse para diagnosticar problemas cardíacos, desnutrición, osteoporosis en etapa temprana, enfermedades renales y ciertos tipos de cáncer. ^{[ 24 ]}