Materia: Seguridad Informática

Maestro: Israel Pulido Picazo

Alumno: Miguel Ángel García Wha

Fecha: 23 De Octubre Del 2013

Trabajo: Computadoras Cuánticas en relación con física y la telestraportación

¿QUE ES LA COMPUTACION CUANTICA?

La computación cuántica es lo que se obtiene de la convergencia de dos teorías tan fascinantes como la cuántica y la computación. Los mismos conceptos que hacen que la primera haya sido tan discutida en sus inicios parece que abren un nuevo horizonte a la segunda. Seguidamente, voy a ofrecer una visión lo más simple y concisa posible y a la vez completa, a nivel de licenciado, sobre este campo. A mediados de la década de los 40 toma impulso la ciencia de la información, pronto parece claro que el concepto propio de información contiene un significado mucho más profundo. De repente, se hace importante conocer cómo la naturaleza previene o permite que la información se exprese o sea manipulada. ¿Cuánto ocupa un bit? ¿Cuántos recursos (energía, masa,...) son necesarios para transmitir un cierto tamaño de información dado? Y qué hay del ‘ruido’, ¿es posible enviar satisfactoriamente información a través de un canal ‘ruidoso’ (entiéndase ruido como interferencia)? En esos años, Shannon, Golay y Hamming presentan las bases de la codificación y la corrección de errores en la información. Simultáneamente, y no por casualidad, nace la computación. A mediados de los años 30 Alan Turing presenta la ‘maquina universal de Turing’(1) , basada en el trabajo de Charles Babbage en el siglo XIX. Más allá de los usos iniciales en decriptación-encriptación y otros usos militares, la computación se hizo cada vez importante en el ámbito científico. Al principio se centró en la resolución de algunas proposiciones matemáticas, como por ejemplo la conjetura ‘fuerte’ de Goldbach (cualquier número entero par mayor que 2 puede descomponer como suma de 2 números primos) pero pronto se extendió y hoy en día es un recurso valoradísimo en todos los aspectos cotidianos. Los avances posteriores representaron un avance enorme en cuanto a tamaño y velocidad, pero no variaron sustancialmente el concepto esencial de lo que era una computadora. La computación cuántica, en cambio, sí que transforma el ‘núcleo’ conceptual de la computación. En los años siguientes, se pone de manifiesto las importantes correlaciones entre sistemas cuánticos separados que han interaccionado en (y sólo en) el pasado. El grado de correlación en estos sistemas es mayor que el que podría ser previsto en base a cualquier ley física que describa interacciones locales.

El desarrollo de todas estas teorías llevó primeramente a la criptografía cuántica, justo cuando la computación cuántica aun se encontraba en estado ‘fetal’. El desarrollo teórico del ‘qubit’ por Benjamin Schumacher (5), y el trabajo de Deutsch en 1985 (6) (presentando las ‘puertas cuánticas’, los análogos a las puertas lógicas de la computación clásica) junto con el desarrollo de los primeros algoritmos para la computación cuántica y el desarrollo de un sistema para corregir errores en la transmisión de información de forma cuántica (mediados de los 90) decidieron a la comunidad científica a apostar por esta disciplina.

¿RELACION CON LA FISICA?

Esquema: Demasiadas Transparencias Para 1 hora (...aunque haya muchas fotos) ● El qubit físico y el acceso a sus características. ● Ordenadores Cuánticos: Los típicos – NMR, Trampas de Iones, Fotones+Cavidades. ● Ordenadores Cuánticos: Propuestas avanzadas viables. – Basadas en microelectrónica y nanotecnologías ● Tecnologías asociadas a QC o nanotecnología con un posible impacto recíproco. ● Algunas preguntas básicas por resolver.

Características físicas del Qubit

0 1⟩ ● Qubit: ∣0⟩ ,∣1⟩ Base computacional – Elemento en un espacio de Hilbert bidimensional.

● Hay que encontrar una representación física de la base computacional que nos permita: – Inicialización en algún estado conocido. – Aplicación de puertas lógicas. – Lectura. Problemas ● Decoherencia: El mundo que vemos es clásico. Una moneda tiene cara y cruz, pero no muestra una combinación lineal de estados cara con estados cruz. El tiempo de decoherencia disminuye exponencialmente con el tamaño de la superposición

Necesitamos: ● Que el qubit este desacoplado del entorno: Su evolución temporal sólo debe depender de las puertas que estemos aplicando. Durante este tiempo se debe conservar las capacidades de interferencia y entrelazamiento. ● Inicialización/Puertas/Lectura Para estas operaciones necesitamos un acoplo fuerte pero de manera controlada.

Representaciones. ● Ideal: ∣0⟩ ,∣1⟩ representados como estados intrínsecos de un sistema donde no puede haber más Requisitos reducidos para su implementación. ● Codificado en más estados: Un sistema con cuatro estados puede codificar 2 qubits... en los infinitos estados de energia de un sólo átomo podríamos codificar todos los qubits que quisieramos...si tuviesemos una resolución infinita en energía y una capacidad infinita de aislamiento. ● Espacios libres de decoherencia: Codificaciones con estados que no experimentan -salvo una fase colectiva- evolución con el ruido.

Ejemplos y propuestas Qubit físico T. Decoherencia T. operación Tipo Spin nuclear Spin electrónico Trampa de Iones Punto Cuántico Cavidad óptica Klystron Union Josephson 10−3 10−1 10−6 10−5 1

10−3−10−5 10−3−10−6 10−7 10−14 10−9 10−14 10−4 109 Espín Espín Espín Carga Fotón Fotón Carga/Flujo

¿RELACION CON LA TELESTRASPORTACION? Un nuevo tipo de viaje temporal basado en el teletransporte cuántico solventa las paradojas que han plagado a otras máquinas del tiempo, dicen los físicos. De todas las raras consecuencias de la mecánica cuántica, una de las más extrañas es la idea de post-selección: la capacidad de disparar un cálculo que automáticamente ignora ciertos resultados. Se logra el teletransporte cuántico a lo largo de 16 kilómetros Científicos de China han tenido éxito al teletransportar información entre fotones mucho más alejados que en ningún experimento anterior. Transportaron la información cuántica sobre una distancia de 16 km, mucho más que los pocos cientos de metros anteriormente conseguidos, lo cual nos deja más cerca de lograr transmitir información a lo largo de grandes distancias sin necesidad de una señal tradicional. En el año 2004 la Fuerza Aérea de los Estados Unidos publicaba un informe titulado “Teleportation Physics Study” y publicado en la página web de la FAS (Federation of American Scientists), respetable y prestigiosa institución científica. El contenido del informe abarca tanto temas científicos muy complejos, entre ellos la teleportación.1 En 2005 apareció un curioso artículo en la revista Muy Interesante. Anton Zeilinger, reconocido experto en el campo de la física cuántica había conseguido con ayuda de todo su equipo teletransportar por medio de un túnel que atravesaba todo el Danubio por debajo, un par de fotones entrelazados cuánticamente. Esto suponía una distancia de 600 metros.

En 2007, un equipo de investigadores de la ESA ha conseguido realizar una comunicación cuántica entre dos puntos separados por una distancia de 144 Kilómetros (situados entre las islas de La Palma y Tenerife, en España), demostrando que el efecto cuántico del entrelazamiento se mantiene a grandes distancias. Este experimento es el primer logro de un estudio cuyo objetivo es el diseño de un sistema que permita comunicarse de una forma totalmente segura con satélites mediante comunicación cuántica. En 2009 ya se ha conseguido el teletransporte de masa considerable, en torno a unos 5000 átomos y la distancia de unos 23 kilómetros en Canadá. El método fue basado en la desaparición de materia a altas velocidades. Según leyes físicas conservativas, el teletransporte sería imposible, ya que, el teletransporte de un objeto de un lugar original a un nuevo lugar, debe mantener en todo momento su energía, si se transporta un objeto de un lugar con altura 0 (h = 0) y se desplaza a un lugar con altura distinta de 0 (h!= 0) existiría una necesaria compensación de energía, la cual no podría ser calculada de manera certera; por motivos de esta índole se está tabulando la opción de la imposibilidad de teletransporte.