Glosario

Glosario de Computación Cuántica

Definiciones en lenguaje sencillo de 22 términos de computación cuántica. De qubit a supremacía cuántica, sin requerir un título en matemáticas.

Written by

Sohum Thakkar

CEO, Qolour

Qubit(Bit cuántico): La unidad fundamental de información cuántica. A diferencia de un bit clásico (que es 0 o 1), un qubit puede estar en superposición de 0 y 1 a la vez. Físicamente puede construirse con un circuito superconductor, un ion atrapado, un fotón o cualquier otro sistema cuántico de dos niveles.
Superposición: La capacidad de un sistema cuántico de existir en una combinación de varios estados a la vez. Un qubit en superposición no es ni 0 ni 1: tiene una amplitud de probabilidad para cada uno. Al medirlo, la superposición colapsa a un resultado clásico con probabilidad determinada por las amplitudes.
Entrelazamiento: Una correlación cuántica entre dos o más partículas tal que sus estados no pueden describirse de forma independiente. Medir una partícula entrelazada determina al instante el resultado de medir la otra, incluso a grandes distancias. El entrelazamiento es el recurso que impulsa la teleportación cuántica, la distribución cuántica de claves y muchos algoritmos cuánticos.
Esfera de Bloch: Una representación geométrica del estado de un qubit como un punto en la superficie de una esfera 3D. El polo norte representa |0⟩, el polo sur |1⟩, y cualquier otro punto representa una superposición. Es la herramienta de visualización más común en la educación cuántica.
Compuerta cuántica: Una operación que transforma el estado de uno o más qubits. Las compuertas cuánticas son reversibles (a diferencia de la mayoría de las clásicas) y se representan con matrices unitarias. Las más comunes incluyen Hadamard (H), Pauli-X/Y/Z, CNOT y las compuertas de rotación Rx, Ry, Rz.
Circuito cuántico: Una secuencia de compuertas cuánticas aplicadas a qubits que termina en una medición. Los circuitos cuánticos son la abstracción de nivel más bajo para programar una computadora cuántica: el equivalente cuántico del lenguaje ensamblador.
Medición: El acto de leer el estado clásico de un qubit. Hace que la superposición colapse a 0 o 1, con probabilidades dadas por las amplitudes al cuadrado del estado. Una vez medido, la superposición original se destruye.
Regla de Born: Regla que da la probabilidad de medir un resultado particular a partir de un estado cuántico. Si un qubit está en el estado α|0⟩ + β|1⟩, la probabilidad de medir 0 es |α|² y la de medir 1 es |β|². Lleva el nombre de Max Born, premio Nobel 1954 por esto.
Decoherencia: Proceso por el cual un sistema cuántico pierde sus propiedades cuánticas (superposición y entrelazamiento) al interactuar con su entorno. Es el principal obstáculo para construir computadoras cuánticas a gran escala: los qubits deben aislarse del calor, las vibraciones y los campos electromagnéticos.
Corrección cuántica de errores(QEC): Conjunto de técnicas para proteger información cuántica de la decoherencia y errores de compuerta codificando un qubit lógico en muchos qubits físicos. Códigos comunes: el código Shor, Steane y el surface code.
Compuerta Hadamard(Compuerta H): Una compuerta de un qubit que crea una superposición igualitaria. Aplicada a |0⟩ produce (|0⟩ + |1⟩)/√2. Es el caballo de batalla de los algoritmos cuánticos y aparece al inicio de casi todo circuito cuántico.
Compuerta CNOT(NOT controlada): Compuerta de dos qubits que invierte el segundo (objetivo) si y solo si el primero (control) está en estado |1⟩. CNOT es la compuerta entrelazadora más común y, junto con rotaciones de un qubit, es universal para computación cuántica.
Estado de Bell: Uno de los cuatro estados de dos qubits máximamente entrelazados. Los cuatro estados de Bell forman una base del espacio de Hilbert de dos qubits y son los ejemplos más simples de entrelazamiento. Se generan aplicando una compuerta Hadamard seguida de una CNOT.
Supremacía cuántica(Ventaja cuántica): Punto en que una computadora cuántica puede resolver un problema que ninguna clásica puede resolver en tiempo razonable. Google reclamó supremacía cuántica en 2019 con el procesador Sycamore en una tarea de muestreo aleatorio de circuitos.
Algoritmo de Shor: Algoritmo cuántico de Peter Shor (1994) que factoriza enteros grandes exponencialmente más rápido que el mejor algoritmo clásico conocido. Amenaza la criptografía RSA y motiva la criptografía postcuántica.
Algoritmo de Grover: Algoritmo cuántico de Lov Grover (1996) que busca en una base de datos no ordenada de N elementos en O(√N) operaciones, cuadráticamente más rápido que el mejor algoritmo clásico. Se usa como subrutina en muchos otros algoritmos.
BB84: El primer protocolo de distribución cuántica de claves, inventado por Charles Bennett y Gilles Brassard en 1984. Permite a dos partes compartir una clave secreta con seguridad garantizada por las leyes físicas: cualquier espía es detectado.
Desigualdad CHSH: Desigualdad matemática (Clauser–Horne–Shimony–Holt) que cualquier teoría clásica debe cumplir. La mecánica cuántica la viola, y las violaciones experimentales prueban que el universo no se describe con variables ocultas locales. El Premio Nobel 2022 fue por verificar esto experimentalmente.
NISQ(Cuántica ruidosa de escala intermedia): Término acuñado por John Preskill para describir la era actual de la computación cuántica: cientos a miles de qubits, pero con mucho ruido y sin corrección de errores completa. Incluye los procesadores Eagle y Heron de IBM y las máquinas de iones atrapados de IonQ.
Teleportación cuántica: Protocolo para transmitir un estado cuántico desconocido de un lugar a otro usando un par entrelazado compartido y dos bits clásicos de comunicación. A pesar del nombre, no se teleporta materia ni energía, solo información cuántica.
Función de onda: Descripción matemática del estado cuántico de un sistema. Contiene toda la información para calcular las probabilidades de cada resultado posible de medición mediante la regla de Born.
Operadores de Pauli(Matrices de Pauli): Conjunto de tres compuertas de un qubit (X, Y, Z) nombradas en honor a Wolfgang Pauli. X es el análogo cuántico del NOT (invierte |0⟩ ↔ |1⟩), Y combina una inversión y una fase, y Z invierte la fase de |1⟩. Junto con la identidad forman una base de todas las operaciones de un qubit.

¿Quieres realmente hacer estas cosas, no solo leerlas?

Qubi es un dispositivo cuántico interactivo. Sostén la superposición en tu mano. Entrelaza dos dispositivos. Ejecuta circuitos cuánticos reales.

Obtén Qubi