ener
o-m
arzo
200
8
Cin
vest
av2
El vertiginoso avance que tuvo la tecnologa durante el siglo XX
permiti identificar a la generacin y al manejo de la informacin
como una disciplina cientfica. El diseo y la realizacin de
dispositivos computacionales cada vez ms pequeos y eficientes
fueron posibles gracias a la miniaturizacin de la electrnica. Casi
imperceptible para el pblico lego, la mecnica cuntica ha estado
siempre presente en el desarrollo de la informtica y telemtica
modernas: desde la sustitucin de bulbos por transistores hasta el
perfeccionamiento de la tecnologa que dio origen a los dispositivos
electrnicos porttiles como las laptop, el iPod, la telefona celular
y la Internet. Todos estos avances han repercutido, a su vez, en
otras reas del conocimiento humano como son la mecatrnica y la
medicina, por mencionar algunas. Aceptando que la miniaturizacin de
los dispositivos electrnicos obedece la clebre Ley Moore,1 en un
futuro no muy lejano se estarn diseando y construyendo computadoras
tan pequeas que, para su funcionamiento, requerirn del control
detallado de las propiedades cunticas de sistemas fsicos como la
luz, los tomos y las molculas.
Los pases desarrollados han sido sensibles a esta posibilidad y,
desde hace un par de dcadas, fomentan e impulsan las
investigaciones tericas y experimentales orientadas al desarrollo e
implementacin de una teora cuntica de la informacin. La realizacin
de una computadora cuntica abrira opciones impensables de llevar a
cabo con una computadora convencional.2 Mxico deber participar en
esta ambiciosa bsqueda si no queremos quedar, nuevamente, en el
atraso y vernos nicamente como compradores de las tecnologas
correspondientes.
Las instituciones cientficas ms importantes de nuestro pas
desarrollan investigacin en alguno o varios de los rubros de la
informacin cuntica. Teniendo intereses comunes en estos tpicos,
nuestra comunidad se ha organizado para establecer una red nacional
que incluya a todas y cada una de estas instituciones. Como
resultado inmediato se ha creado la Divisin de Informacin Cuntica
de la Sociedad Mexicana de Fsica. Con este nmero de la revista
Cinvestav presentamos un panorama muy general de algunos temas que
son de inters en este mbito. Cabe mencionar que por razones de
espacio y tiempo editorial no estn representadas todas las
instituciones involucradas en la red nacional antes mencionada.
Nuestro objetivo es llamar la atencin de los jvenes estudiantes de
ciencias e ingenieras para que se entrenen como investigadores en
esta disciplina del conocimiento cientfico.
Los objetos microscpicos tienen propiedades fsicas que
contravienen nuestra experiencia cotidiana. Los estados cunticos de
dos tomos, por ejemplo, pueden estar correlacionados. Esto
significa que lo que le ocurra a uno afecta al otro aun cuando los
tomos estn separados espacialmente (digamos que uno est en China y
otro en el D. F.) A esta propiedad se le conoce como
entrelazamiento cuntico. Alfed URen, junto con otros colegas de la
Facultad de Ciencias de la UNAM y de la Divisin de Fsica Aplicada
del CICESE, nos introducen a este tema desde el punto de vista
experimental con su artculo Fotones enredados y desigualdades de
Bell: explorando la no-localidad. El lector encontrar una buena
exposicin del famoso argumento de Einstein, Podolsky y Rosen (EPR)
tanto como de las desigualdades de Bell que han dado lugar a muchas
discusiones en el mbito de los fundamentos de la teora cuntica. A
manera de revisin, Andrei Klimov nos presenta el artculo Informacin
cuntica: ideas y perspectivas, donde tambin nos comenta acerca de
la posibilidad de teleportar el estado cuntico de los sistemas
microscpicos sin que stos se desplacen espacialmente.
1 El nmero de componentes electrnicos por unidad de rea se
duplica aproximadamente cada dos aos. Gordon E. Moore, Cramming
more components onto integrated circuits, Electronics, Volume 38,
Number 8, April 19, 1965.
2 Es pertinente mencionar que esta afirmacin se refiere al
tiempo de clculo de ciertos algoritmos; en muchos otros aspectos,
tal como lo menciona Scott Aaronson en su reciente artculo de
Scientific American (2008, vol. 293, nm. 3, pp. 50), las
computa-doras cunticas slo proporcionaran una mejora modesta a las
computadoras convencionales.
Presentacin
ener
o-m
arzo
200
8
Cin
vest
av3
El entrelazamiento cuntico puede ser explotado para transmitir
informacin en forma segura, tal y como lo expone Blas Rodrguez-Lara
en su artculo Alicia y Beto se comunican: introduccin a la
comunicacin cuntica. El autor aclara tambin que la transmisin de
informacin no est exenta de errores. La implementacin de esta
tcnica debe incluir mecanismos que corrijan el ruido generado,
sobre todo si se trata de claves cifradas como las usadas por las
instituciones bancarias. Kamil Bradler describe los pormenores de
este procedimiento en su artculo Distribucin de claves cunticas. La
primera parte de este nmero especial se cierra con el artculo de
Sara Cruz y Oscar Rosas-Ortiz, Estados coherentes y gatos de
Schrdinger. En l se muestra que usando luz coherente se pueden
construir entrelazamientos cunticos que son una buena alternativa
para implementar operaciones en los algoritmos de cmputo
cuntico.
En la segunda parte de este nmero, Eduardo Gmez nos habla de los
pormenores experimentales de la implementacin de operaciones
cunticas con tomos en su artculo Procesadores cunticos atmicos. El
autor discute tambin las complicaciones que surgen al intentar
mantener atrapados a los rebeldes tomos, que siempre quieren
escabullirse por entre las paredes del recipiente que los contiene.
Tambin en el mbito experimental, a lo largo de su artculo Mximo
Lpez-Lpez y Vctor H. Mndez-Garca nos explican qu son los puntos
cunticos y cmo pueden usarse en el diseo de computadoras cunticas.
Los algoritmos de clculo cuntico explotan la superposicin lineal de
los estados cunticos para mejorar el uso de recursos temporales y
espaciales con respecto a sus contrapartes clsicas. Guillermo
Morales nos explica los detalles matemticos de este procedimiento
en su artculo Codificacin superdensa: caracterstica nica del cmputo
cuntico. Todas estas operaciones, requieren de la manipulacin y del
control de los sistemas cunticos. Francisco Delgado da cuenta de
ello en su artculo Control cuntico: dos enfoques. Por otro lado, en
el artculo Caminatas cunticas: definiciones y algoritmos, Salvador
E. Venegas Andraca nos muestra cmo pueden implementarse los
algoritmos cunticos con el uso de caminatas cunticas, al tiempo que
hace una exposicin clara de los diferentes modelos computacionales.
Por ltimo, Octavio Castaos cierra el nmero especial de la revista
presentndonos un breve panorama histrico de la Creacin de la
Divisin de Informacin Cuntica de la Sociedad Mexicana de Fsica,
adems de exponer las inquietudes de nuestra comunidad y algunas de
las medidas que se piensan tomar para solventar algunos de los
rezagos cientficos que esta disciplina enfrenta en nuestro pas.
Estn todos ustedes invitados a integrarse como miembros de nuestra
nueva divisin en la Sociedad Mexicana de Fsica.
Agradecemos el apoyo secretarial de la Srita. Miriam Lomel Corts
as como la colaboracin de los revisores annimos de los artculos que
aqu se presentan. La participacin de Karina Jimnez, estudiante del
Departamento de Fsica del Cinvestav, fue de enorme ayuda en
diversos aspectos del proceso editorial. La disposicin del Dr.
Manuel Santos, editor de la revista Cinvestav, permiti la
materializacin de este nmero especial. Finalmente, reconocemos el
patrocinio del Centro de Investigacin y de Estudios Avanzados
(Cinvestav) y agradecemos las facilidades que se nos brindaron para
usar este espacio como mecanismo de difusin de todos los artculos
que integran este nmero.
Oscar Rosas-Ortiz (Departamento de Fsica, Cinvestav)Roco Juregui
(Instituto de Fsica, UNAM)
Sara Cruz y Cruz (UPIITA-IPN)
