¿Cómo funciona una computadora cuántica?

*Este texto fue escrito por un columnista de TecMundo; aprender más al final.

La computación cuántica es una de las áreas científicas más interesantes de la actualidad. Esto se debe al potencial que tiene una computadora cuántica para revolucionar ciertas áreas de la tecnología, especialmente las relacionadas con la criptografía. Por el momento, estas computadoras aún no han alcanzado este potencial, pero pronto podrían hacerlo.

Se vuelve más fácil entender cómo funciona una computadora de este tipo cuando la comparas con una computadora «clásica» (la que estás usando ahora mismo, aunque sea un teléfono inteligente o una tableta). Una computadora típica trabaja con un sistema de procesamiento binario. Es decir, contiene muchos transistores que operan en dos estados: encendido, asociado al número 1, y apagado, asociado al número 0.

Así, con la ayuda de los circuitos eléctricos asociados, las computadoras pueden resolver problemas lógicos utilizando el valor de estos estados binarios. Por ejemplo, en una situación hipotética en la que una computadora necesitara resolver el problema de un viajero que tuviera que elegir una ruta específica para llegar a su destino, la computadora probaría todos los caminos posibles hasta encontrar la ruta correcta que lleva al viajero a su destino. destino. destino deseado.

Las computadoras cuánticas, a su vez, tienen el potencial de resolver problemas como estos absurdamente más rápidos, y si cambiamos los términos «posibles caminos» por «posibles caracteres», como en una contraseña, por ejemplo, empecemos a entender el potencial que tiene este tipo de computadora puede traer.

Este mecanismo de resolución más rápido se justifica por el llamado “principio de superposición” que, como cualquier concepto cuántico, no encuentra un paralelo directo en nuestra experiencia cotidiana. Para hacer más tangible este concepto, podemos analizar el famoso experimento de la doble rendija.

Representación de la luz que pasa (como una onda) en un experimento de doble rendijaLa fuente: obturador

En este tipo de experimento, se proyecta un haz de luz en dos rendijas muy finas. Es razonable entender que la luz pasará tanto por una rendija como por otra, de modo que si se coloca una pared detrás de las rendijas, la luz que pasa por cada una de ellas interactúa y acaba produciendo una interferencia que se proyecta sobre la pared y se puede observar. con la presencia de bandas claras y oscuras en la luz

La ilustración muestra el patrón de interferencia producido en una pared de laboratorio por la interacción de la luz que pasa a través de cada una de las rendijas.La fuente: obturador

Cuando hacemos que este haz de luz sea cada vez más «débil», es decir, solo se emite una partícula básica de luz (llamada fotón) a la vez, esperaríamos que esa partícula pase por una ranura u otra. Sin embargo, lo que observamos es el mismo patrón de interferencia, ¡como si el fotón estuviera interactuando consigo mismo!

Este fenómeno de una partícula comportándose de diferentes maneras al mismo tiempo se debe al principio de superposición. Esto quiere decir que si no ponemos un detector para identificar con precisión por cuál de las rendijas pasa el fotón, pasa por ambas rendijas al mismo tiempo, aunque sea una partícula individual.

Puede parecer una locura, magia o algo así, pero al observar el problema de los caminos de los viajeros, las computadoras cuánticas podrían probar todos los caminos a la vez. Esto reduce drásticamente el tiempo necesario para el proceso de descifrado de contraseñas, por ejemplo.

Eso no significa que deba cambiar sus contraseñas con urgencia, o que en el futuro todos tendremos computadoras cuánticas. Pero es solo una forma más de avanzar en nuestra comprensión de la mecánica cuántica y cómo esa comprensión puede afectar la vida cotidiana.

Rodolfo Lima Barros Souzaprofesor de física y columnista de la TecMundo. Es licenciado en física y tiene una maestría en educación científica y matemática de la Unicamp en el área de percepción pública de la ciencia. Está presente en las redes sociales bajo el nombre de @rodolfo.sou