{"id":913,"date":"2018-07-07T15:33:27","date_gmt":"2018-07-07T18:33:27","guid":{"rendered":"http:\/\/157.92.27.101\/?p=913"},"modified":"2022-03-29T10:40:10","modified_gmt":"2022-03-29T13:40:10","slug":"investigadores-desarrollan-novedosos-aportes-en-fundamentos-de-cuantica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/icc.fcen.uba.ar\/en\/investigadores-desarrollan-novedosos-aportes-en-fundamentos-de-cuantica\/","title":{"rendered":"Investigadores desarrollan novedosos aportes en fundamentos de cu\u00e1ntica"},"content":{"rendered":"

Desde el Instituto de Ciencias de la Computaci\u00f3n (ICC) se impulsan investigaciones en Teor\u00eda de la Computaci\u00f3n, un \u00e1rea esencial que se ocupa de determinar qu\u00e9 problemas pueden ser resueltos computacionalmente y con qu\u00e9 eficiencia. <\/span><\/p>\n

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Dentro de esta l\u00ednea de trabajo, algunos investigadores conjugan las ciencias de la computaci\u00f3n con las ciencias f\u00edsicas y avanzan progresivamente tanto en los fundamentos de la teor\u00eda cu\u00e1ntica como en sus aplicaciones para el procesamiento de informaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Ahora bien, \u00bfqu\u00e9 es la <\/span>computaci\u00f3n cu\u00e1ntica<\/span><\/i>? Se trata de una forma radicalmente nueva de procesar la informaci\u00f3n, posibilitada por propiedades exclusivas de la f\u00edsica cu\u00e1ntica tales como la superposici\u00f3n de estados (que origina el denominado paralelismo cu\u00e1ntico) y la existencia de correlaciones sin an\u00e1logo cl\u00e1sico (entrelazamiento y correlaciones cu\u00e1nticas no locales). A diferencia de las computadoras de hoy en d\u00eda, su funcionamiento no es digital. La ventaja de estas propiedades es que permitir\u00edan resolver ciertos problemas que resultan muy dif\u00edciles para la computaci\u00f3n actual.<\/span><\/p>\n

\u201c<\/span>Las propiedades de mec\u00e1nica cu\u00e1ntica permiten que cuando uno usa sistemas cu\u00e1nticos para procesamiento de la informaci\u00f3n disponga de ciertas herramientas f\u00edsicas no disponibles en el mundo macrosc\u00f3pico al que estamos habituados<\/span><\/i>\u201d, se\u00f1ala Ariel Bendersky, investigador del grupo de L\u00f3gica y Computabilidad del ICC.<\/span><\/p>\n

Cuando en una computadora \u201ccl\u00e1sica\u201d se habla de un registro o memoria, ese registro est\u00e1 en un estado particular que almacena un n\u00famero. En cambio, en una computadora cu\u00e1ntica, un registro puede estar en una superposici\u00f3n coherente de todos los n\u00fameros posibles. Es decir que en lugar de estar calculando sobre un solo n\u00famero, se hacen operaciones en paralelo sobre muchos n\u00fameros al mismo tiempo. \u00a0En una computadora cl\u00e1sica la unidad de informaci\u00f3n se llama “bit” y puede tener el valor de 0 \u00f3 1. Su equivalente cu\u00e1ntico opera con “qubits” o bits cu\u00e1nticos, lo que quiere decir que pueden estar en cualquier combinaci\u00f3n de 0 y 1 al mismo tiempo.<\/span><\/p>\n

\u201c<\/span>Esto es lo mismo que una part\u00edcula, por ejemplo un electr\u00f3n, que puede estar en muchos lugares a la vez. Uno podr\u00eda estar usando las distintas posiciones de una part\u00edcula para codificar el 0 o el 1. Como la part\u00edcula puede estar en una superposici\u00f3n de distintas posiciones, se podr\u00eda interpretar como estar en el 0 y 1 al mismo tiempo. Esa memoria puede estar en una superposici\u00f3n de estados<\/span><\/i>\u201d, puntualiza Bendersky. A partir de las explicaciones que los investigadores encuentran en temas de fundamentos de cu\u00e1ntica, se desarrollan algoritmos m\u00e1s eficientes para ciertas tareas de la computaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Uno de los aportes m\u00e1s conocidos que tienen una soluci\u00f3n eficiente en cu\u00e1ntica (y no as\u00ed en computaci\u00f3n cl\u00e1sica) es la factorizaci\u00f3n. Consiste en la b\u00fasqueda de los factores primos de un n\u00famero natural, es decir de n\u00fameros m\u00e1s peque\u00f1os que s\u00f3lo son divisibles por 1 y por si mismos. El problema se complejiza cuando se trata de un n\u00famero de muchos d\u00edgitos, que hace que la cantidad de pasos necesarios para encontrar los factores aumente exponencialmente con la cantidad de d\u00edgitos del n\u00famero a factorizar.<\/span><\/p>\n

Otro problema dif\u00edcil es el de la aleatoriedad, com\u00fanmente conocida como \u201cazar\u201d. Para algunos algoritmos cu\u00e1nticos se suele asumir que la aleatoriedad es un recurso disponible para hacer experimentos. T\u00edpicamente es una \u201cmoneda perfecta\u201d, que sirve para diferentes tareas. \u201c<\/span>El problema con la aleatoriedad es que no se puede demostrar que una fuente o un sistema que genera bits es aleatorio. Esto es una certeza matem\u00e1tica. Uno puede tirar una moneda o utilizar la aleatoriedad que le proveen los sistemas cu\u00e1nticos. Pero a partir de resultados experimentales uno no puede concluir que eso es aleatorio. Lo cual provoca que a pesar de que uno crea que una secuencia es aleatoria, en el fondo es una creencia porque uno no puede hacer un experimento para certificar la aleatoriedad. Por este motivo, resulta valioso el uso de pseudoaleatoriedad para estudiar nuevas propiedades de un sistema computacional<\/span><\/i>\u201d, aporta el investigador del ICC.<\/span><\/p>\n

Premio Paul Ehrenfest<\/b><\/p>\n

En el contexto de estos aportes, los investigadores del ICC recibieron el<\/span> premio Paul Ehrenfest<\/span><\/a> al mejor <\/span>paper<\/span><\/i> de fundamentos de cu\u00e1ntica del a\u00f1o 2016. El trabajo de Ariel Bendersky (ICC), Santiago Figueira (ICC), Gabriel Senno (ICFO), Gonzalo de la Torre (ICFO) y Antonio Ac\u00edn (ICFO), se titula \u201cPseudoaleatoriedad algor\u00edtmica en dise\u00f1os experimentales cu\u00e1nticos\u201d y fue publicado el a\u00f1o pasado en <\/span>Physical Review Letters<\/span><\/a>.<\/span><\/p>\n

El trabajo argumenta que los experimentos cu\u00e1nticos que requieren aleatoriedad muestran un comportamiento diferente dependiendo de si se usa pseudoaleatoriedad producida por m\u00e1quinas de Turing o aleatoriedad verdadera. Para probar su teor\u00eda, los autores identifican situaciones donde mezclas de estados cu\u00e1nticos que definen el mismo estado mixto se pueden distinguir cuando son preparados por una computadora.<\/span><\/p>\n

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\u00bfQu\u00e9 aplicaciones tiene estos aportes de computaci\u00f3n cu\u00e1ntica?<\/b><\/p>\n

\u201c<\/span>Usamos herramientas de computaci\u00f3n te\u00f3rica (de computabilidad y aleatoriedad) para estudiar qu\u00e9 consecuencias existen en fundamentos de mec\u00e1nica cu\u00e1ntica o de procesamiento cu\u00e1ntico de informaci\u00f3n. Por un lado, produce avances concretos en la criptograf\u00eda, logrando comunicaciones y transacciones m\u00e1s seguras. Por otro lado, cuando se descubren correlaciones fuertes entre dos o m\u00e1s partes de un sistema, como es el caso de cu\u00e1ntica, puede servir para comunicar muchas computadoras entre s\u00ed, es decir, para c\u00f3mputo distribuido<\/span><\/i>\u201d, aclara Bendersky. Al mismo tiempo, estos avances en computaci\u00f3n cu\u00e1ntica servir\u00e1n para resolver operaciones complejas en un menor tiempo que la computaci\u00f3n cl\u00e1sica y para simular reacciones qu\u00edmicas o predecir propiedades de la materia.<\/span><\/p>\n

Recientemente se public\u00f3 la noticia de que en diversos laboratorios del mundo se est\u00e1 construyendo una gran computadora cu\u00e1ntica. \u00bfQu\u00e9 hay de cierto en esto?<\/b><\/p>\n

\u201c<\/span>Es importante desmitificar estas noticias sensacionalistas. No es que ya haya un plano de una computadora cu\u00e1ntica o que se sepa c\u00f3mo se va a construir realmente. Lo que se est\u00e1 haciendo en muchos lugares del mundo es invertir enormes sumas de dinero para encontrar una manera de construir una computadora cu\u00e1ntica. Esta tarea es sumamente desafiante ya que, por sus propiedades f\u00edsicas, cuando los sistemas cu\u00e1nticos interact\u00faan con el entorno colapsan y se empiezan a comportar como sistemas cl\u00e1sicos. Aislar m\u00e1s de mil Qubits de su entorno es dificil\u00edsimo. Por ese motivo reci\u00e9n se est\u00e1 investigando c\u00f3mo se implementar\u00edan tecnol\u00f3gicamente los Qubits y, puntualmente, c\u00f3mo deber\u00eda ser ese sistema para que funcione bien y resulte escalable<\/span><\/i>\u201d, concluye el investigador.<\/span><\/p>\n<\/blockquote>\n<\/div>

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