¿Qué es y cómo funciona la COMPUTACIÓN CUÁNTICA?

Summary

El 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

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🤔 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.

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🔬 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.

Keywords

💡Computación cuántica

La computación cuántica es un tipo de procesamiento de información que utiliza principios cuánticos como la superposición y la entanglement para realizar cálculos mucho más rápidos que los ordenadores clásicos. Es central en el video, donde se discute su potencial y cómo podría afectar a la seguridad de Internet y otros aspectos de la vida cotidiana.

💡Cubit

Un cubit es la unidad básica de información en una computadora cuántica, equivalente al bit en una computadora clásica. Mientras que un bit puede estar en un estado de 0 o 1, un cubit puede estar en una combinación de ambos estados, lo que permite a las computadoras cuánticas procesar grandes cantidades de información de manera simultánea.

💡Superposición

La superposición es un principio cuántico que permite a un cubit estar en múltiples estados a la vez. En el video, se menciona que un cubit puede tener 'mucho de estado cero y poco de estado uno', lo que ilustra cómo la superposición da a las computadoras cuánticas su poder de procesamiento.

💡Entanglement

El entrelazamiento cuánttico es un fenómeno en el que los cubits se vinculan de tal manera que el estado de uno afecta directamente al de otro, independientemente de la distancia. Es fundamental para la potencia de las computadoras cuánticas y se menciona en el video como un problema técnico que se debe superar para construir computadoras cuánticas más grandes y potentes.

💡Puertas lógicas

En una computadora clásica, las puertas lógicas son operaciones básicas que se aplican a los bits para manipular su estado. En el video, se compara con las 'puertas cuánticas', que son operaciones similares pero que aprovechan los principios cuánticos para realizar cálculos de manera más eficiente.

💡Puertas cuánticas

Las puertas cuánticas son análogas a las puertas lógicas en computación clásica, pero adaptadas para trabajar con cubits y aprovechar las propiedades cuánticas. Ejemplos mencionados en el video incluyen la puerta de Hadamard y la puerta de Toffoli, que son fundamentales para la programación de algoritmos cuánticos.

💡Algoritmos cuánticos

Los algoritmos cuánticos son secuencias de puertas cuánticas que se diseñan para resolver problemas específicos de manera más eficiente que los algoritmos clásicos. El video destaca que, aunque aún no hay muchos algoritmos cuánticos, los que existen pueden tener un impacto significativo en la capacidad de procesamiento de las computadoras cuánticas.

💡Criptoanálisis cuántico

El criptoanálisis cuántico se refiere a la capacidad de las computadoras cuánticas para romper los sistemas de cifrado actuales, como la criptografía de clave pública, que se utiliza en Internet. El video menciona que esto podría amenazar la seguridad de Internet si las computadoras cuánticas alcanzan una escala suficiente.

💡Shor's algorithm

El algoritmo de Shor es un algoritmo cuántico conocido por su capacidad para factorizar números enteros en un tiempo polinomial, lo que es una tarea que los ordenadores clásicos no pueden realizar eficientemente. En el video, se menciona como un ejemplo de cómo los algoritmos cuánticos pueden superar a los clásicos en ciertos problemas.

💡IBM Q System One

IBM Q System One es el primer ordenador cuántico comercial anunciado por IBM, con 20 cubits. El video lo menciona como un ejemplo de los avances en la construcción de computadoras cuánticas y cómo la tecnología está evolucionando hacia una mayor escala y accesibilidad.

💡Criptoanálisis post-cuántico

El criptoanálisis post-cuántico se refiere a la búsqueda de algoritmos y métodos de cifrado que sean resistentes a los ataques de computadoras cuánticas. El video menciona una convocatoria del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología para el desarrollo de estos algoritmos, lo que indica la seriedad de la amenaza que representan las computadoras cuánticas para la seguridad actual.

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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2ºsubtitulador Tobías Escobar