¿Qué es y cómo funciona la COMPUTACIÓN CUÁNTICA?
Summary
TLDREl script explora la complejidad y el potencial de la computación cuántica, comparándola con los ordenadores clásicos y destacando su capacidad para manejar múltiples estados de información a través de 'cubits'. Expone cómo los 'cubits' y las 'puertas cuánticas' permiten a los ordenadores cuánticos procesar información de manera más eficiente. Aunque la teoría sugiere una mayor potencia, la implementación práctica enfrenta desafíos técnicos como el mantenimiento del 'entrelazamiento'. La criptografía de clave pública podría verse afectada por la computación cuántica, pero aún no hay un impacto inmediato en la seguridad de Internet. El futuro parece estar en la colaboración entre computación clásica y cuántica.
Takeaways
- 🌐 La computación cuántica es un tema complejo y está destinada a cambiar la seguridad de Internet y muchas otras cosas, pero aún no ha llegado completamente.
- 💡 Los ordenadores cuánticos difieren de los clásicos en que utilizan cubits en lugar de bits, lo que les permite estar en múltiples estados simultáneamente.
- 🔑 La potencia de los ordenadores cuánticos proviene de su capacidad de manejar combinaciones de estados de cubits, lo que les permite procesar una gran cantidad de información de manera paralela.
- 🛠 Los cubits pueden tener diferentes proporciones de estados 0 y 1, lo que se traduce en una combinación de todas las posibles colecciones de 0s y 1s, cada una con un coeficiente.
- 📈 La información que un estado concreto de un ordenador cuántico puede contener es exponencialmente mayor que la de un ordenador clásico, lo que se traduce en un potencial de procesamiento mucho mayor.
- 🤖 Los algoritmos cuánticos se construyen a través de puertas cuánticas, que son operaciones lógicas similares a las puertas lógicas clásicas pero que operan en el espacio de Hilbert.
- 🔄 Los algoritmos cuánticos pueden mejorar la eficiencia de ciertos procesos, reduciendo la complejidad de problemas que para computadores clásicos son exponenciales a una polinómica.
- 🚀 A pesar de la teoría que sugiere que los ordenadores cuánticos pueden ser más potentes que los clásicos, la práctica aún enfrenta desafíos técnicos, como el mantenimiento del entrelazamiento cuántico a medida que aumenta el número de cubits.
- 🔒 Los ordenadores cuánticos tienen el potencial de afectar negativamente la seguridad de Internet, ya que podrían romper la criptografía de clave pública que se utiliza en línea.
- 🌟 Aunque los ordenadores cuánticos tienen un gran potencial, su desarrollo y aplicación práctica aún están en sus primeras etapas, y su futuro inmediato se ve más como una herramienta de ayuda para las computaciones clásicas especializadas.
Q & A
¿Qué es la computación cuántica y cómo se diferencia de la computación clásica?
-La computación cuántica es un tipo de procesamiento de información que utiliza los principios de la mecánica cuántica. Se diferencia de la computación clásica en que utiliza 'cubits' en lugar de bits, permitiendo estados de superposición y entrelazamiento, lo que le da un potencial de procesamiento mucho más alto que los ordenadores clásicos.
¿Cuál es la unidad básica de información en la computación cuántica?
-La unidad básica de información en la computación cuántica es el 'cubit', que puede estar en una combinación de estados 0 y 1, lo que le permite existir en múltiples estados simultáneamente.
¿Cómo se relaciona el poder de un ordenador cuántico con el número de cubits que tiene?
-El poder de un ordenador cuántico crece exponencialmente con el número de cubits, ya que cada cubit añadido multiplica la cantidad de información que el ordenador puede manejar por dos, lo que significa que la capacidad de procesamiento aumenta de manera significativa.
¿Qué son las puertas lógicas y cómo se relacionan con las puertas cuánticas?
-Las puertas lógicas son operaciones utilizadas en los ordenadores clásicos para cambiar el estado de los bits. En la computación cuántica, las 'puertas cuánticas' son la equivalente, pero trabajan con cubits y pueden aprovechar las propiedades cuánticas como la superposición y el entrelazamiento.
¿Cómo se programan los ordenadores cuánticos?
-Los ordenadores cuánticos se programan utilizando algoritmos que encadenan puertas cuánticas, que son matrices unitarias con coeficientes complejos, para llevar el ordenador a un estado que brinde la solución a un problema específico.
¿Qué es el entrelazamiento y por qué es importante para la computación cuántica?
-El entrelazamiento es una propiedad física en la que los cubits están tan interconectados que el estado de uno afecta al de otro, independientemente de la distancia. Es fundamental para la computación cuántica ya que permite que los ordenadores cuánticos realicen cálculos en paralelo de manera mucho más eficiente.
¿Por qué la computación cuántica podría ser una amenaza para la seguridad de Internet?
-La computación cuántica podría amenazar la seguridad de Internet porque tiene el potencial de romper los algoritmos de criptografía de clave pública que se utilizan actualmente, ya que podría calcular claves en tiempos mucho más cortos que los ordenadores clásicos.
¿Cuál es el algoritmo de Shor y cómo afecta a la criptografía de clave pública?
-El algoritmo de Shor es un algoritmo cuántico que puede factorizar números en grandes enteros primos de manera mucho más eficiente que los algoritmos clásicos. Esto representa una amenaza para la criptografía de clave pública, ya que muchos sistemas de seguridad actuales se basan en la dificultad de factorizar tales números.
¿Cuál es el estado actual de los ordenadores cuánticos en términos de su capacidad y uso?
-En la actualidad, los ordenadores cuánticos tienen un número limitado de cubits y pueden implementar algunos algoritmos cuánticos, pero aún no alcanzan el nivel de potencia de los ordenadores clásicos en general. Su uso principal es como ayudantes en tareas especializadas, en conjunto con la computación clásica.
¿Qué desafíos técnicos deben superarse para que los ordenadores cuánticos alcancen su potencial completo?
-Para que los ordenadores cuánticos alcancen su potencial completo, se deben superar desafíos técnicos como mantener el entrelazamiento entre un gran número de cubits, mejorar la coherencia cuántica y desarrollar más algoritmos cuánticos que puedan ser implementados en estos sistemas.
¿Qué es el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y cómo está involucrado en la criptografía post-cuántica?
-El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) es una organización que está liderando la búsqueda de algoritmos post-cuántica, es decir, sistemas de criptografía que sean seguros incluso frente a los ataques de ordenadores cuánticos avanzados.
Outlines
🤔 Introducción a la Computación Cuántica
El primer párrafo introduce el tema de la computación cuántica, destacando su percepción como una tecnología que siempre está a punto de llegar pero aún no ha llegado completamente. Se menciona su potencial para cambiar la seguridad en Internet y otras áreas, y se reconoce la dificultad que representa para la comprensión general. El patrocinador del video, la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), se identifica. El objetivo es explicar de manera clara y concisa los conceptos clave de la computación cuántica, su diferencia con la computación clásica, y cómo funciona un ordenador cuántico desde perspectivas informática y matemática, sin entrar en detalles físicos.
🔬 Diferencias entre Computación Cuántica y Clásica
Este párrafo profundiza en las diferencias fundamentales entre computadoras cuánticas y clásicas. Se describe cómo un ordenador clásico utiliza bits que asumen estados de 0 o 1, mientras que en la computación cuántica, la unidad de información es el 'cubit', que puede estar en una superposición de estados 0 y 1. Esto permite a los computadores cuánticos manejar una cantidad exponencialmente mayor de información que los clásicos. Se ilustra con un ejemplo de cómo un estado de un ordenador cuántico de 3 qubits puede ser una combinación de todas las posibles combinaciones de 0s y 1s, lo que demuestra la increíble capacidad de procesamiento de la computación cuántica. Además, se toca el tema de la programación de computadoras cuánticas, utilizando 'puertas cuánticas' en lugar de las 'puertas lógicas' de los ordenadores clásicos.
🛠️ Potencial y Aplicaciones de la Computación Cuántica
El tercer párrafo explora el potencial de la computación cuántica y sus aplicaciones actuales y futuras. Se menciona que, aunque la teoría sugiere que los computadores cuánticos son mucho más potentes que los clásicos, en la práctica aún se encuentra en una etapa temprana con pocos algoritmos cuánticos disponibles. Se destaca el algoritmo de Shor, que puede factorizar números en menos operaciones que los algoritmos clásicos, y el algoritmo de Grover, que mejora la complejidad exponencial a polinómica. También se discute el impacto que los computadores cuánticos podrían tener en la seguridad de Internet, especialmente en la criptografía de clave pública, aunque actualmente los tamaños de las claves son demasiado grandes para los computadores cuánticos actuales. Se concluye con la esperanza de que, con el tiempo, los computadores cuánticos ayuden a resolver problemas especializados y trabajen en conjunto con la computación clásica.
Mindmap
Keywords
💡Computación cuántica
💡Cubit
💡Superposición
💡Entanglement
💡Puertas lógicas
💡Puertas cuánticas
💡Algoritmos cuánticos
💡Criptoanálisis cuántico
💡Shor's algorithm
💡IBM Q System One
💡Criptoanálisis post-cuántico
Highlights
La computación cuántica es un tema complicado y merece ser tratado con calma para evitar confusiones.
Un ordenador cuántico utiliza cubits que pueden estar en una combinación de estados 0 y 1, lo que difiere fundamentalmente de los bits clásicos que solo pueden estar en 0 o 1.
La potencia de los ordenadores cuánticos proviene de la capacidad de los cubits para estar en múltiples estados simultáneamente.
La información en un estado concreto de un ordenador cuántico con n cubits es una combinación de todas las posibles colecciones de n 1 y 0.
Los cubits permiten a los ordenadores cuánticos manejar una cantidad de información exponencialmente mayor que los ordenadores clásicos.
La programación de ordenadores cuánticos implica el uso de operaciones lógicas cuánticas o puertas cuánticas, similar a las puertas lógicas en ordenadores clásicos.
Las puertas cuánticas son matrices unitarias que aprovechan la estructura de Hilbert del espacio de los complejos.
Los algoritmos cuánticos pueden ser más potentes que los clásicos, pero aún se necesita más investigación para comprender su verdadero potencial.
Existen algoritmos cuánticos que demuestran una ventaja sobre los algoritmos clásicos en tareas específicas, como el algoritmo de Shor.
Los ordenadores cuánticos actuales tienen un número limitado de cubits, lo que limita su capacidad para superar a los ordenadores clásicos en tareas complejas.
IBM ha anunciado el lanzamiento del primer ordenador cuántico comercial con 20 cubits, lo que representa un avance en la tecnología cuántica.
Los ordenadores cuánticos tienen el potencial de afectar significativamente la seguridad informática, especialmente en la criptografía de clave pública.
El algoritmo de Shor puede factorizar números grandes, lo que representa una amenaza para la seguridad de Internet si se implementa en ordenadores cuánticos de gran escala.
El National Institute of Standards and Technology está buscando algoritmos post-cuanticos para proteger la seguridad en la era de la computación cuántica.
Los ordenadores cuánticos actuales están destinados a trabajar junto con los clásicos en tareas especializadas antes de poder reemplazarlos por completo.
El futuro de la computación cuántica se ve en la mejora de tareas específicas y no en el reemplazo inmediato de los ordenadores clásicos.
Los físicos están trabajando en resolver los desafíos técnicos de la computación cuántica, como el mantenimiento del entrelazamiento entre un número creciente de cubits.
Transcripts
La computación cuántica parece que siempre está llegando pero parece que nunca acaba de llegar parece que va a terminar con la seguridad del
internet y con no sé cuántas cosas más parece una cosa de magia él parece muy difícil de entender hoy quisiera dejar algunas cosas claras
sobre computación cuántica vamos a por el
Hola amigos este vídeo está patrocinado por la universidad politécnica de valencia upv
La computación cuántica es un tema complicado y
merece que lo tratemos con calma porque la gente se hace mucho lío voy a tratar de hacerlo de forma breve pero dejando claros
o al menos intentándolo algunos temas clave voy a tratar de contarte cómo es un ordenador cuántico desde el punto de vista
informático y matemático también en que se diferencia de uno clásico cómo se pueden programar qué cosas saben hacer y si es verdad
eso de que se van a cargar la seguridad
informática por arte de magia ya os aviso que no voy a entrar en la física del asunto sólo haré alguna mención si hace falta
primero qué es un ordenador cuántico y en qué se
diferencia de uno clasico, un ordenador clásico está compuesto por una serie de bits que para entendernos son cosas que pueden estar en dos
estados que describimos como 0 y 1 así el estado de un ordenador con n bits será una tira de n 0 y 1 por
otro lado en computación cuántica la unidad mínima de información es el cubit que está en una combinación
del estado cero y el estado 1 puede tener
mucho de estado cero y poco de estado uno o al reves o lo mismo de estado cero que de estado
y así y esto es una diferencia fundamental
y la base del poder de los ordenadores cuánticos con respecto a los clásicos
atentos ahora que esta es la clave de todo el asunto en un ordenador
clásico con n bits la cantidad de información que
contiene un estado concreto de la máquina tiene tamaño n es una colección de n 1 o 0 una colección en concreto sin embargo en
un ordenador cuántico con n cubits un estado concreto de la máquina es una combinación de todas las posibles colecciones de
n 1 y 0 cada colección posible tiene un coeficiente
algo como para decirnos que hay un poco de una combinación y mucho de otra el caso es que hay dos ^ n
combinaciones de n 0 1 o sea que la cantidad de información que contiene un estado concreto
de un ordenador cuántico tiene tamaño 2 elevado
aquí hace falta un ejemplo pero ya mismo
el estado de un ordenador clásico de 3 bits podría ser algo así 0 10 podría ser pero 11 o cosas así
una sola de esas combinaciones en particular el estado de un ordenador cuántico en 3 qubits es una
combinación de todas las posibles combinaciones de 31 sitios cada una con un coeficiente
o sea hasta 1 x 000 más a sus 2 x
001 más a su 3 x 0 10 más a su 4 x 0 11 más a su 5 por 100
más a sus 6 por 10 uno más a sus 7 por 110 más a su uso por un óptimo
cada uno de los suv algo son coeficientes que nos dicen cuánto de cada combinación de tres ceros o unos
lo potente del tema es que si aumentamos en uno el número de bits la
información que almacena el estado de un ordenador clásico aumenta en 1
pero si aumentamos en uno el número de cubrir de un ordenador cuántico la cantidad de información de cada estado esto
pasa de 2 a la m2 a la n 1 y eso es tremendo
un detalle para los que les interesen estas cosas por cuestiones técnicas
los coeficientes eso nos a su valor son números
complejos de forma que no todo sea en cero y cuyos cuadrados suman todos en total
12 cómo se programan los ordenadores cuánticos
vamos a volver por un segundo a los ordenadores
clásicos para pasar de un estado del ordenador a otro lo que hacemos es usar una operación lógica
sobre los bits que definen el estado en el que ya está el ordenador estas operaciones se llaman puertas lógicas
poniendo muchas de esas operaciones lógicas el zoológico el biológico
etnológico por ejemplo formamos un
algoritmo
que va cambiando el estado del ordenador hasta un estado final tal que ese estado nos da la solución al problema que nos habíamos planteado
pues en el caso cuántico es parecido vamos de un estado del ordenador a otro a través de operaciones lógicas
cuánticas o sea puertas cuánticas hay muchas puertas cuánticas distintas las de paul y por ejemplo la de jaramar es una de las más usadas
la todopoderosa hace no su hermana mayor la del tópol y muchas más estas puertas cuánticas nos encadenamos
formando algoritmos que llevan al ordenador a un estado que nos da la solución al problema
que le hemos planteado con detalle para los que les interesen estas cosas las puestas cuánticas son matrices
unitarias con coeficientes en los complejos que aprovechan la estructura de espacio de hilder que tiene el cuerpo de los complejos
qué cosas puede hacer un ordenador manos ya sabéis que los ordenadores clásicos pueden hacer millones de cosas aplicando
millones de veces esas puertas lógicas a los bits que conforman su estado las ciencias de la computación han generado
algoritmos capaces de calcular el local de iu aunque hay todavía muchos problemas sin resolver
cada día se sigue mejorando la informática está donde nunca imaginas si los ordenadores
cuánticos que son tan potentes como se dice son más potentes que los clásicos a día de hoy la situación se puede resumir en
tres frases una la teoría nos dice que la computación cuántica es mucho más potente placas dos
existen aún pocos algoritmos cuánticos aunque cada vez más inglés
no se sabe hasta qué punto pueden construirse ordenadores cuánticos que lleven a la práctica todo ese potencial algo más explicado
cualquier conjunto completo de puertas lógicas
clásicas sobre un ordenador clásico puede construirse con un conjunto de puertas cuánticas sobre un ordenador cuántico
así que en teoría un ordenador cuántico puede hacer todo lo que puede hacer un ordenador clásico y más
existen algunos algoritmos cuánticos que usan esa ventaja de los ordenadores cuánticos sobre los algoritmos
clásicos el algoritmo de deus fonts muestra que para algunas tareas los ordenadores cuánticos necesitan hacer menos
operaciones que los clásicos el de deuda jobs a pueden incluso mejorar una complejidad
exponencial a polinómica usted es el algoritmo de deutsche de age para dos qubits las líneas horizontales
marcan la evolución del estado de cada cúbito y las cajitas cuadradas
representan las puertas cuales lo único que falta saber es si habrá en la realidad ordenadores cuánticos
construidos que puedan poner en práctica esa potente ahora mismo existen algunos de unos pocos qubits que pueden implementar esos algoritmos tan guays
pero con un tamaño de datos pequeño que aún no les permite en general estar al nivel de la potencia de los ordenadores clásicos en
el momento de hacer este vídeo comienzos de 2019 alivian ibm acaba de anunciar el lanzamiento del primer ordenador cuántico
comercial que tiene 20 kits se llama eye the new
system one para que eso crezca y un día podamos ver desplegada toda la potencia de la computación cuántica hay que solucionar algunos problemas
técnicos que a día de hoy no se sabe
si va a ser posible superar en particular mantener una propiedad física entre los qubits que se llama
entrelazamiento y eso según crece el número de cubit se va haciendo
tremendamente más difícil en este punto vamos a tener que confiar en los físicos que os aseguro que están trabajando duro en el
24 se van a cargar los ordenadores cuánticos la seguridad de internet
es una cosa que tiene la penya loca con los ordenadores cuánticos se van a poder cargar la seguridad de nuestras contraseñas
tarjetas de crédito internet y todo eso pues
podría ser que si os cuento como ya sabéis hay pocas cosas que los ordenadores cuánticos se conocen pocos algoritmos pero entre las cosas
que saben hacer
qué es
cargarse las claves de la criptografía de clave pública clave primera que es la que se usa en internet el algoritmo
culpable del tema es el algoritmo de esto por
el momento el tamaño de las claves es demasiado grande para los ordenadores cuánticos que existen hoy pero si éstos crecen
efectivamente nuestras claves están impedidos el tema es serio y elena y este adicional institute of standards and technology
and anchura convocatoria para algoritmos post cuánticos si queréis ver cómo va el tema podéis ver el enlace
bueno espero haberos resuelto algunas dudas sobre un tema apasionante que nadie se imagina en un futuro próximo
ordenadores cuánticos en las casas que sustituyan a nuestros ordenadores
clásicos eso no va a pasar pronto de momento y por lo que parece en bastante tiempo el futuro de los ordenadores cuánticos
será el de ayudar a los clásicos en algunas tareas especializadas trabajando conjuntamente
computación clásica y cuantica y si os digo la verdad estoy deseando verlos en accion
hasta el próximo vídeo
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