Conceptos básicos de informática cuántica

 

Cuándo escribí mi primer monografía referente al tema de la informática cuántica y física de partículas (Mayo de 2010) no pensé que repercutiría en mi persona y mi pasión por el desarrolló de la informática cuántica.

Trabajar a pequeñas escalas, donde las leyes de la física clásica newtoniana no aplican es uno de los trabajos más excitantes y apasionantes que, como investigador te puedes encontrar.

La computación cuántica es considerada como una disciplina de la mecánica cuántica y la teoría de la computación, nace por la necesidad de crear ordenadores y algoritmos más rápidos que aprovechen las propiedades cuánticas de la materia, misma que permitirá incrementar la capacidad para procesar información.

El manejo de la información en los dispositivos cuánticos se realiza utilizando qbits, los cuales pueden estar en dos estados mientras no sean medidos, cabe de mencionar que una de las áreas más prometedoras para el desarrollo de sistemas informáticos cuánticos es la criptografía (Trujillo, 2007). Esto hace pensar que los gobiernos deben de estar interesados en el desarrollo de está nueva tecnología, debido a que; el desarrollo de sistemas cuánticos propone nuevos escenarios de vulnerabilidades nunca antes conocidos.

Paradigma de programación cuántico.

El desarrollo de software basado en el modelo de diseño inteligente, el cual supone que millones de lineas de código son transformadas en productos útiles por cuidadodos programadores quienes tratan de anticipar lo bien que interactuarán complejas combinaciones de código, es solo una manera en la que el software puede ser creado.

Un factor que ha motivado el cambio del modelo inteligente de programación utilizado en la actualidad es el principio de la limitante, el cual, de acuerdo con Wirth (2005), el software se hace más lento con mayor rapidez de lo que el hardware se hace más rápido.

Aun cuando, de acuerdo con la ley de Moore, su ordenador personal debería ser aproximadamente cientos de miles de veces más poderoso de lo que era hace 25 años.

Actualmente un grupo minoritario de ingenieros informáticos investigadores exploran como desarrollar un modelo que permita aprovechar la selección natural para la creación de software, este nuevo enfoque de diseño presentará a su vez una nueva gama de programación futurística, como es computación evolutiva, la programación genética y el desarrollo de algoritmos genéticos; los cuales podrán aprovechar directamente el extraordinario poder de la selección natural de Darwin para, literalmente, hacer evolucionar el sistema de software (Gardner, 2005).

Aunque las implementaciones físicas de los ordenadores cuánticos está muy limitada a tan solo unos pocos qubit, y que aún existan en laboratorios, expone el desarrollo de lenguajes de programación que no tiene sentido, esto es, estudiar un lenguaje de programación para un hardware que todavía no existe, parecería algo extraño si no contemplamos las siguientes razones: 

1. En primer lugar, podemos hablar del gran paso que ha dado la informática cuántica en los sistemas de criptografía, esta clase de componentes ya se encuentran en el mercado y al parecer la criptografía cuántica será una tecnología muy importante antes de la concesión de un ordenador cuántico realmente funcional; sin embargo los sistemas de criptografía cuántica implementan complejos y dedicados protocolos, los cuales necesitan ser programados de manera sistemática basado en principios cuánticos.
2. En segundo lugar, la utilización de lenguajes de programación que no tienen una firmeza semántica ha causado enormes problemas de ingeniería de software. Prácticas de computación han adelantado los estudios teóricos, y recientemente el desarrollo basado en un diseño principal ha tenido el beneficio de una base teórica que se entienda bien por adelantado (ejemplo, Java). Desde este punto de vista se propone el diseño de lenguajes cuánticos antes de que el hardware exista, es un llamado a una situación ideal.
3. 
   En tercer lugar, y quizás de forma inesperada, la aplicación de la semántica, lógica y especialmente las técnicas de categoría-teoría, están ofreciendo una perspectiva fascinante sobre la misma teoría cuántica. Los científicos informáticos están generando nuevos conocimientos sobre los fundamentos de la mecánica cuántica, que será de gran valor, incluso si las computadoras cuánticas no fueren construidas (Gay, 2006)

Está es una primera entrada sobre mi desarrollo en la investigación de la informática cuántica.