Es frecuente encontrar diferentes opiniones sobre el concepto y real significado de la palabra computador. También es usual que el común de la gente desconozca las posibilidades y limitaciones de estos sistemas, por esa razón en este artículo se propone un concepto (flexible y muy general) de computador y con base en ese concepto se plantean una serie de inquietudes y se intenta dar respuesta para algunas de ellas. Se concluye que existen problemas de cómputo intratables (en todas las áreas del conocimiento y de la actividad humana como el caso de Medicina y en general de las ciencias de la salud) con los actuales computadores electrónicos. Por ello se exploran algunos conceptos ligados con la física quántica que se constituye en la base teórica que (posiblemente) permitirá construir computadores más eficientes que los actuales, es decir, con la capacidad de resolver problemas que la tecnología electrónica no puede. Sin embargo, se formulan algunos razonamientos que indican que probablemente para esa tecnología quántica existen también problemas computacionales que sobre ella serán intratables (no solubles). En este sentido, se concluye también que, como ocurre con el enfoque electrónico convencional, para el enfoque quántico existen problemas que seguramente no serán solubles bajo esa nueva plataforma. ¿Cómo diseñar e implementar, entonces, un computador que exhiba comportamientos realmente interesantes tales como la conciencia y una inteligencia verdaderamente creadora? Por ahora no existe una respuesta satisfactoria para esta inquietud, no obstante si se ha avanzado en la construcción de sistemas que exhiben comportamientos aparentemente inteligentes.
Es frecuente encontrar diferentes opiniones sobre el concepto y real significado de la palabra computador. También es usual que el común de la gente desconozca las posibilidades y limitaciones de estos sistemas, por esa razón en este artículo se propone un concepto (flexible y muy general) de computador y con base en ese concepto se plantean una serie de inquietudes y se intenta dar respuesta para algunas de ellas. Se concluye que existen problemas de cómputo intratables (en todas las áreas del conocimiento y de la actividad humana como el caso de Medicina y en general de las ciencias de la salud) con los actuales computadores electrónicos. Por ello se exploran algunos conceptos ligados con la física quántica que se constituye en la base teórica que (posiblemente) permitirá construir computadores más eficientes que los actuales, es decir, con la capacidad de resolver problemas que la tecnología electrónica no puede. Sin embargo, se formulan algunos razonamientos que indican que probablemente para esa tecnología quántica existen también problemas computacionales que sobre ella serán intratables (no solubles). En este sentido, se concluye también que, como ocurre con el enfoque electrónico convencional, para el enfoque quántico existen problemas que seguramente no serán solubles bajo esa nueva plataforma. ¿Cómo diseñar e implementar, entonces, un computador que exhiba comportamientos realmente interesantes tales como la conciencia y una inteligencia verdaderamente creadora? Por ahora no existe una respuesta satisfactoria para esta inquietud, no obstante si se ha avanzado en la construcción de sistemas que exhiben comportamientos aparentemente inteligentes.
Es frecuente encontrar diferentes opiniones sobre el concepto y real significado de la palabra computador. Tambien es usual que el comun de la gente desconozca las posibilidades y limitaciones de estos sistemas, por esa razon en este articulo se propone un concepto (flexible y muy general) de computador y con base en ese concepto se plantean una serie de inquietudes y se intenta dar respuesta para algunas de ellas. Se concluye que existen problemas de computo intratables (en todas las areas del conocimiento y de la actividad humana como el caso de Medicina y en general de las ciencias de la salud) con los actuales computadores electronicos. Por ello se exploran algunos conceptos ligados con la fisica quantica que se constituye en la base teorica que (posiblemente) permitira construir computadores mas eficientes que los actuales, es decir, con la capacidad de resolver problemas que la tecnologia electronica no puede. Sin embargo, se formulan algunos razonamientos que indican que probablemente para esa tecnologia quantica existen tambien problemas computacionales que sobre ella seran intratables (no solubles). En este sentido, se concluye tambien que, como ocurre con el enfoque electronico convencional, para el enfoque quantico existen problemas que seguramente no seran solubles bajo esa nueva plataforma. ?Como disenar e implementar, entonces, un computador que exhiba comportamientos realmente interesantes tales como la conciencia y una inteligencia verdaderamente creadora? Por ahora no existe una respuesta satisfactoria para esta inquietud, no obstante si se ha avanzado en la construccion de sistemas que exhiben comportamientos aparentemente inteligentes.
ResumenEn la teoría cuántica de la medición existen dos problemas centrales: el problema de la lectura definida y el problema de la base preferida.El primer problema consiste en el hecho de que la teoría no puede dar cuenta de valores bien definidos registrados como resultados en la medición, puesto que predice que el estado final del sistema y aparato es una superposición sin valor definido.El segundo problema consiste en el hecho de que bajo ciertas circunstancias (referidas a la preparación del estado del sistema a medir) la teoría no puede dar cuenta, además, de una base bien definida de estados a la cual pertenece el resultado obtenido en la medición.Históricamente la pretendida resolución a estos problemas viene de la mano del formalismo de decoherencia, el cual se ha desarrollado como un intento de encontrar el limite clásico de la mecánica cuántica.El objetivo principal de esta tesis consiste en brindar una respuesta a los mencionados problemas sin apelar a decoherencia alguna.Respecto del problema de la base preferida presente en las correlaciones del estado final de la medición, mostraremos que, en lugar de resolverse apelando a una interacción posterior con el entorno, tal como en la teoría de la decoherencia, puede ser resuelto analizando el proceso previo a dicho estado final sin la necesidad del entorno.La esencia del procedimiento consiste en reconsiderar la medición, no como la mera correlación que se manifiesta en el estado final, sino como el proceso capaz de establecerla.Desde esta nueva perspectiva es posible diferenciar distintos procesos que conducen a distintas correlaciones, independientemente de que éstas puedan vincularse matemáticamente mediante un cambio de base.La eliminación de la ambigüedad de la base se logra al determinar qué proceso es caracterizado por el operador de evolución que conecta el estado inicial de la medición con el final.Estrictamente hablado, el problema no queda resuelto, sino más bien disuelto, al considerar que la medición involucra todo el proceso que desemboca en una correlación final, y ello sin la necesidad de agregar interacciones posteriores con sistemas como el entorno.Respecto del problema de la lectura definida nuestro objetivo es un poco más modesto.No vamos a resolver el problema estrictamente sino que, en el marco de ese problema, brindaremos una respuesta a la incompatibilidad que establece el postulado del colapso respecto de las evoluciones unitarias.La estrategia aquí es incorporar los aparatos de medición en el cálculo de las probabilidades condicionales establecidas para una secuencia de dos mediciones.Asumiendo valores definidos para la primera, demostramos que el postulado del colapso sobre el sistema puede ser derivado del propio formalismo de la teoría cuántica, aun cuando el sistema compuesto que incluye a los aparatos nunca abandona la evolución unitaria que predice la ecuación de Schrödinger
Se pretende que el alumno desarrolle un proyecto de investigación asociado a la simulación numérica de la dinámica y control de sistemas estocásticos con potenciales aplicaciones en el novedoso campo de las tecnologías cuánticas. Objetivo 1) Utilizar software adaptado al análisis y simulación numérica de ecuaciones diferenciales estocásticas. Objetivo 2) Modelización y simulación de sistemas lineales estocásticos análogos a sistemas cuánticos lineales. Objetivo 3) Planteamiento de protocolos de control óptimo sobre estos sistemas. Objetivo 4) Simulación de la dinámica y control óptimo de un sistema cuántico lineal. \nEl control es una rama interdisciplinar de la ingeniería y las matemáticas, aplicada al comportamiento de los sistemas dinámicos. Un controlador manipula la entrada o estado inicial del sistema para lograr un efecto deseado en un estado posterior o salida. Hoy en día, prácticamente todo sistema mecánico y electrónico posee un sistema de control asociado, por sencillo que sea. Un sistema de control simple consiste en una acción sobre el sistema y la obtención del resultado esperado sobre el mismo. Sin embargo, para evitar un final abierto, los sistemas realizan, por lo regular, mediciones intermedias sobre sus salidas y con esa información el sistema es retroalimentado para modificar la acción de control reiniciando el ciclo de entrada-salida. Por otra parte, el desarrollo de nuevas tecnologías basadas en dispositivos cuyas leyes vienen dictadas por la mecánica cuántica se ha convertido en una prioridad para el desarrollo tecnológico actual y diversas aplicaciones tales como las comunicaciones, sensores y computadores cuánticos esperan a su desarrollo para ser implementadas. Esto exige que la rama del control cuántico se desarrolle. Sin embargo, algunas cualidades de la mecánica cuántica no permiten pasar fácilmente el esquema del control clásico al ámbito cuántico. Clásicamente, es posible adquirir toda la información necesaria y emplearla de manera eficiente para retroalimentar el sistema y especializar la acción de control al estado actual. Por el contrario, en un sistema cuántico no toda la información es asequible mediante una medición y, además, todo intento de medir el sistema lo perturba de manera notable. Técnicamente, las ecuaciones dinámicas en un proceso tal, son ecuaciones diferenciales estocásticas no lineales en lugar de las ecuaciones diferenciales deterministas de los sistemas clásicos. En este proyecto, el alumno implementará un software de simulación de sistemas estocásticos adaptado a las peculiaridades de sistemas cuánticos lineales para a continuación, ensayar la validez de diversos protocolos de control óptimo propuestos para estos sistemas
Desde su origen, la teoria de la informacion ha tenido fuertes conexiones con la mecanica estadistica. El mismo termino entropia de la informacion fue elegido por Shannon a partir del termino usado en termodinamica, bajo sugerencia de Von Neumann. La misma relacion se ha desarrollado recientemente entre las correspondientes generalizaciones cuanticas de ambas teorias, que son la informacion cuantica, que estudia el almacenamiento y la manipulacion de la informacion en sistemas cuanticos, y la fisica de muchos cuerpos. Las conexiones entre los dos campos aumentan cada dia y van en las dos direcciones. Las herramientas e ideas de la informacion cuantica ayudan a solucionar problemas abiertos en teoria de la materia condensada, y nuevos modelos de muchos cuerpos se desarrollan para aplicaciones de la informacion cuantica. Al mismo tiempo la implementacion y el control experimental de pequenos sistemas cuanticos ha mejorado de forma espectacular, aumentando la posibilidad de que estos experimentos se puedan llevar a cabo a escala mas grande, abriendo la posibilidad de aplicaciones practicas.
Es reciente el interes de la comunidad de investigadores en informacion cuantica por estos modelos, y se ha empezado a ver este tipo de evoluciones no solamente como un problema que resolver, sino como un recurso que explotar. Este fundamental cambio de perspectiva ha abierto una nueva linea de investigacion en el campo, incorporando ideas sobre como construir evoluciones artificiales en las cuales la disipacion trabaja en nuestro favor en vez de en nuestra contra, incluso protegiendo el sistema de otros ruidos incontrolados. De esta manera se han planteado nuevos problemas interesantes, como cual es el poder computacional de estos modelos y que condiciones pueden garantizar la resistencia contra el ruido externo.
Esta tesis es parte del esfuerzo para mejorar nuestro conocimiento de estos modelos.
Nos hemos centrado en el estudio de las propiedades de evoluciones disipativas de sistemas cuanticos de espines en un reticulo, bajo una hipotesis que llamamos equilibracion rapida. Consideramos evoluciones disipativas con un unico punto fijo, y que comprimen todo el espacios de estados iniciales en un entorno decreciente del punto fijo. La escala temporal a la cual se tiene esta compresion, es decir el tiempo que tenemos que esperar para que cualquier estado inicial se encuentre arbitrariamente cercano al punto fijo, se llama tiempo de equilibracion del proceso. La condicion de equilibracion rapida pide que este tiempo sea logaritmico en el tamano del sistema.
La contribucion principal de esta tesis es demostrar que la equilibracion rapida tiene importantes consecuencias en las propiedades del sistema. Este sera estable bajo perturbaciones externas y sus puntos fijos satisfaran una ley de area para la informacion mutua.
La parte mas tecnica de este trabajo se basa en las llamadas cotas de Lieb Robinson. Muy conocidas en el caso de sistemas cerrados, pero igualmente validas para sistemas abiertos, las cotas de Lieb Robinson formalizan la idea que la informacion en un sistema de muchos cuerpos solo puede moverse con una velocidad finita, dado que su propagacion esta mediada por las interacciones locales. Por lo tanto, controlar la escala temporal con la cual la evolucion converge permite a su vez controlar la escala espacial a la cual se pueden crear correlaciones.
La computación cuántica es un tema que, para la mayoría de los estudiantes de ingeniería, puede no llamar su atención al inicio y parecer algo extremadamente complejo. La relación con la física cuántica y con fenómenos no visibles en la vida cotidiana genera que, en un primer acercamiento, surjan muchas dudas, pero, a la vez, curiosidad. En nuestro caso, dar un primer vistazo a este tema fue como descubrir un camino hacia un nuevo tipo de computación, muy diferente de la que hemos venido estudiando hasta el momento. El propósito de este artículo es hacer una primera aproximación al concepto de la computación cuántica a través de la visión de personas que aún están aprendiendo y que buscan entender lo básico y empezar a soñar con la infinidad de posibilidades que esta tecnología puede aportar a nuestro campo.El objetivo es acercarnos a la computación cuántica, entender por qué está cobrando tanta relevancia en el mundo tecnológico actual y cuáles son sus potenciales impactos. Para ello, se presenta un recorrido a través de los conceptos clave, seguido de las características que diferencian la computación cuántica de la computación que conocemos y finalizar con reflexiones sobre su aplicación, limitaciones actuales y proyecciones.
Las ciencias que se relacionan con la informática, ya sea en el procesamiento electrónico de datos, o su almacenamiento en grandes volúmenes y la transmisión de esa información por redes que dan la vuelta al mundo casi instantáneamente, se preparan para dar un salto cualitativo y cuantitativo de grandes dimensiones. El desarrollo de sistemas de cómputo basados en la mecánica cuántica así nos lo promete. El computo cuántico será la nueva revolución industrial de este incipiente siglo, algunas grandes compañías se han decantado por esta nueva tecnología que promete solucionar los cuellos de botella que se presentan por el manejo y análisis de este gran volumen de datos (Big Data). Investigaciones realizadas indican que es posible, aunque al parecer los costos de operación y desarrollo indiquen lo contrario. Veamos las características del equipo que se oferta actualmente en el mercado y los avances que se han logrado en este campo, además del lenguaje de programación para simular la programación cuántica; este es el caso del Q# (Q Sharp de Microsoft). Este lenguaje nos lleva ya a poder enfrentar soluciones complejas intratables en la programación convencional, y nos prepara para la programación de muy alto rendimiento que es la programación cuántica.