¡Llegamos a 27.976.956 visitas gracias a ustedes! ☆

Qubit

De WikicharliE
Qubit
Bienvenido a Departamento de Física de WikicharliE

Presentación

La esfera de Bloch es una representación de un qubit, el bloque de construcción fundamental de los computadores cuánticos

Un qubit o cubit (del inglés quantum bit, bit cuántico) es un sistema cuántico con dos estados propios y que puede ser manipulado arbitrariamente. Esto es, se trata de un sistema que sólo puede ser descrito correctamente mediante la mecánica cuántica, y que solamente tiene dos estados bien distinguibles mediante medidas físicas.

WikicharliE Patrimonio de Chile

Contenido

También se entiende por qubit la información que contiene ese sistema cuántico de dos estados posibles. En esta acepción, el qubit es la unidad mínima y por lo tanto constitutiva de la teoría de la información cuántica. Es un concepto fundamental para la computación cuántica y para la criptografía cuántica, el análogo cuántico del bit en informática.

Su importancia radica en que la cantidad de información contenida en un qubit, y, en particular, la forma en que esta información puede ser manipulada, es fundamental y cualitativamente diferente de un bit clásico. Hay operaciones lógicas, por ejemplo, que son posibles en un qubit y no en un bit.[1]

El concepto de qubit es abstracto y no lleva asociado un sistema físico concreto. En la práctica, se han preparado diferentes sistemas físicos que, en ciertas condiciones, pueden describirse como qubits o conjuntos de qubits. Los sistemas pueden ser de tamaño macroscópico, como un circuito superconductor, o microscópico, como un conjunto de iones suspendidos mediante campos eléctricos.

Matemáticamente, un qubit puede describirse como un vector de módulo unidad en un espacio vectorial complejo bidimensional. Los dos estados básicos de un qubit son |0\rangle y |1\rangle, que corresponden al 0 y 1 del bit clásico (se pronuncian: ket cero y ket uno). Pero además, el qubit puede encontrarse en un estado de superposición cuántica combinación de esos dos estados (\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle). En esto es significativamente distinto al estado de un bit clásico, que puede tomar solamente los valores 0 o 1.

El término qubit se atribuye a un artículo de Benjamin Schumacher que describía una forma de comprimir la información en un estado y de almacenar la información en el número más pequeño de estados, que ahora se conoce como compresión de Schumacher.[2] En el artículo, Schumacher indicó que el término se inventó como broma, por su semejanza fonética con cubit (codo, en inglés), durante una conversación con William Wootters. Posteriormente, por analogía al qubit, se denominó ebit a la unidad para cuantificar entrelazamiento cuántico,[3] y qutrit al análogo del qubit con tres, y no dos, estados cuánticos, representados convencionalmente por: |0\rangle, |1\rangle y |2\rangle (kets cero, uno y dos). Para más dimensiones del espacio de Hilbert, o cuando se está generalizando a d dimensiones, se habla de qudit.[4]

Los qubits como unidades de información cuántica

A la hora de definir la información contenida en cualquier sistema físico, es importante tener en cuenta que la cantidad de información depende no tanto del estado físico sino del conjunto de estados que se estén considerando. Por ejemplo, la imagen de la derecha contiene un solo bit de información si la alternativa a un "1" es un "0": un estado entre dos posibles es un bit. Codificaríamos la información con una sucesión de ceros o unos, y cada uno aportaría un bit. En cambio, si estamos hablando de bolas de billar del tipo que se usan en un juego de bola 8, de entre las 15 numeradas más la blanca, el contenido informativo cambia. En ese caso, al pensar en la bola 1 estaríamos hablando de una posibilidad entre 16 alternativas, esto es, cuatro bits. La información se codificaría entonces en una sucesión de bolas de billar de entre 16 posibles, luego cada una de ellas aportaría cuatro bits. Finalmente, si de la forma más general posible pensamos en esta imagen como un archivo binario, veremos que ocupa 8 kilobytes, de forma que una sucesión de archivos similares contendría 8kB de información por cada uno.

Así, se llama información cuántica a la información física contenida en el estado de un sistema cuántico, de entre un conjunto de estados posibles. El qubit es la medida más utilizada para cuantificar la información cuántica. Varios qubits juntos forman un registro de qubits o registro cuántico. La teoría de la información cuántica es el resultado del esfuerzo por generalizar la teoría de la información clásica de Shannon. Ofrece una nueva perspectiva a la física, complementaria a la perspectiva geométrica.[5]

En la física clásica ya se encontraban relaciones fuertes con la información, como en el caso de la entropía ilustrado por el demonio de Maxwell. En mecánica cuántica esta relación se extiende, y se encuentran resultados como el recién mencionado teorema de no clonación, que impide el copiado de un estado cuántico no conocido, con consecuencias profundas en computación cuántica pero también con una relación clara con el principio de indeterminación.

Fuentes y Enlaces de interés

  1. Nielsen, M.A.; Chuang, I.L. (2000) (en inglés). Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press. ISBN 978-0521635035.
  2. Schumacher, B. (1995). Physical Review A. 51. pp. 2738–2747. doi:10.1103/PhysRevA.51.2738.
  3. «Mixed-state entanglement and quantum error correction». Phys. Rev. A 54: pp. 3824–3851. 1996. «Paralleling the term qubit for any two-state quantum system (e.g. a spin- 1 particle), we define an ebit as the amount of entanglement in a maximally entangled state of two qubits, or any other pure bipartite state for which E = 1.».
  4. Qudit quantum-state tomography RT Thew, K Nemoto, AG White, WJ Munro - Physical Review A, 2002
  5. Jozsa, Richard (2003). «Illustrating the concept of quantum information». arXiv 0305114v1.

Visita otros de nuestros artículos

TODAS LAS PAGINAS.png
Haz click en el ícono
Herramientas personales
Espacios de nombres

Variantes
Vistas
Acciones
Navegación
Herramientas