La no-localidad es un fenómeno físico postulado teóricamente y corroborado experimentalmente, que cubre una función mecánico causal en la determinación de los fenómenos singlete. Es, a su vez, un concepto central en la teoría de la información, la criptografía y la computación cuántica. Pese a ello, y debido a su aparente incompatibilidad con la relatividad especial, se han levantado muchas objeciones frente a su aceptación como fenómeno físico. Explicar por qué no son a lugar, es el imperativo de este trabajo.
La no-localidad es un fenómeno físico postulado teóricamente y corroborado experimentalmente, que cubre una función mecánico causal en la determinación de los fenómenos singlete. Es, a su vez, un concepto central en la teoría de la información, la criptografía y la computación cuántica. Pese a ello, y debido a su aparente incompatibilidad con la relatividad especial, se han levantado muchas objeciones frente a su aceptación como fenómeno físico. Explicar por qué no son a lugar, es el imperativo de este trabajo.
La principal aplicación de la criptografía es la de proteger información para evitar que sea accesible a observadores no autorizados. Sin embargo, también tiene otras aplicaciones, por ejemplo verificar que un mensaje no haya sido modificado intencionadamente por un tercero, verificar que alguien es quien realmente dice ser, etc. El objetivo del presente trabajo es mostrar cómo la matemática juega un papel importante en la criptografía moderna y como ésta aprovecha los problemas difíciles (en el sentido computacional) que existen en la teoría de números para desarrollar protocolos criptográficos. Asimismo se menciona lo que pasaría con los protocolos criptográficos basados en la teoría de números si existiera una computadora cuántica.
Desde hace ochenta anos, las predicciones de la fisica cuantica se han visto confirmadas en un sinnumero de experimentos. La mayoria de los investigadores opinan que no hay nada que el formalismo cuantico no pueda explicar.
La teoria cuantica es tambien extraordinariamente robusta: hasta ahora, todos los intentos por modificarla han dado lugar a teorias que violan algun principio basico, como la imposibilidad de transmitir informacion de manera instantanea.
Un nuevo programa de investigacion, conocido como reconstruccion de la teoria cuantica, intenta determinar hasta que punto las leyes cuanticas son las unicas compatibles con una serie de requisitos fisicos esenciales.
Varios estudios recientes sugieren que es posible concebir «teorias probabilisticas generalizadas» mas amplias que la fisica cuantica pero que, sin embargo, no violan ningun principio fundamental. Tales teorias parecen guardar una intrigante relacion con la formulacion microscopica de la gravedad.
Desde hace mas de tres cuartos de siglo, sabemos que la naturaleza esta regida por las leyes que determina una teoria fisica en muchos aspectos paradojica y contraintuitiva: la fisica cuantica. Sin apenas matematicas, situando aquello que se trata en un contexto historico, y utilizando unas atractivas ilustraciones que destacan las principales ideas que aparecen en el, este libro, La realidad cuantica, presenta los fundamentos de la mecanica cuantica. Su objetivo primero es explicar los desconcertantes conceptos de superposicion, colapso y entrelazamiento, que sostienen el edificio cuantico. Recurriendo a experimentos, los autores, dos destacados investigadores en esa rama de la fisica, van desvelando, de un modo intuitivo, esos conceptos, explicando, asimismo, resultados fundamentales como los producidos por John Bell, que precipitaron la caida del mundo determinista defendido por Einstein. Una vez establecida esa base teorico-experimental, y siguiendo el mismo procedimiento intuitivo, los autores presentan las modernas aplicaciones de esos conceptos cuantico: teleportacion, criptografia y ordenadores cuanticos. Todas ellas se enmarcan en la Teoria de la Informacion Cuantica, una disciplina tras la que se esconden importantes interrogantes que tambien se tratan aqui, tales como si la informacion es suficiente para interpretar correctamente la mecanica cuantica, o si el mundo se explicaria, en ultimo termino, como informacion.
La mecánica cuántica representa un reto para la actual investigación en la enseñanzade la física, en gran medida, debido a que los fenómenos que ocurren a escala microscópica han reducido ideas fuertemente arraigadas a nuestra intuición, como es la idea del camino seguido por un cuerpo (trayectoria), la idea de ubicar un objeto en un lugar (localidad), o la idea de determinar con exactitud el resultado de una medición (determinismo). El investigador Lei Bao enfoca su estudio en varios tópicos que considera fundamentales para tener un buen entendimiento de la mecánica cuántica; uno de estos tópicos es la interpretación probabilística de la función de onda.En este artículo se lleva a cabo un análisis conceptual alrededor de la función de onda a través de un diagrama cognitivo denominado mentefacto conceptual; este ideograma ayuda a identificar y organizar nociones constitutivas y diferenciadoras implícitas en el concepto de función de onda, y se constituye en un aporte para la enseñanza-aprendizaje de este concepto.
La no-localidad de las correlaciones entre sistemas físicos es uno de los rasgos característicos de la mecánica cuántica. La no-localidad es responsable de características inesperadas de la dinámica cuántica como el tunelamiento y el entrelazamiento; además, ha sido recientemente explotada como recurso para la información cuántica [3]. El origen de la no-localidad de las mediciones cuánticas y su relación con los postulados fundamentales de la mecánica cuántica, como el principio de incertidumbre, ha sido dilucidado muy recientemente [19]. Sin embargo, los problemas de interferencia cuántica implican dos tipos de no-localidad: una es la no-localidad expresada en términos de las desigualdades de Bell (de naturaleza cinemática y discutida en la ref. [19]) y la otra, es la no localidad de la ecuación cuántica de movimiento de un observable físico (de naturaleza dinámica) [2, 25]. Esta última ha sido escasamente discutida, explorada o entendida [25]. Con base en la teoría de grupos dinámicos y una formulación de integrales de caminos en el espacio de fase mecánico-cuántico, aquí se relaciona el origen de la no-localidad dinámica con el principio de superposición mediado por la presencia de interacciones no lineales entre los sistemas. La desaparición de la no-localidad en el mundo clásico también es discutida. Estos resultados se analizan en detalle para el caso de una molécula diatómica modelada con el potencial de Morse.
La informacion es un ente fisico. Los sistemas fisicos registran y procesan informacion. El reconocimiento de estos hechos desde el punto de vista de la teoria de la informacion y su relacion directa con aplicaciones a nuevas adolescentes ha sido crucial en el desarrollo reciente de la teoria tanto basica como aplicada, al mismo tiempo que de otras areas la computacion, matematicas e ingenierias, donde el reto de construir dispositivos que permiten el procesamiento de informacion a nivel cuantico es objetivo primordial. En los trabajos de Deutsch (Deutsch, 1985) y Shor (Shor, 1994), la nocion de bit clasico de la teoria de la informacion es conceptualmente extendida a un marco fisico radicalmente diferente con la introduccion del bit cuantico, donde fue demostrado que los efectos de interferencia cuantica de muchas cosas puede permitir una forma nueva y fundamental de computo, donde es posible la ejecucion de tareas computacionales, irresolubles, cuentos, como la factorizacion de numeros primos, muy grandes, o la simulacion exacta de sistemas, multipartitos, cuanticos. Asi, la investigacion en fisica de la informacion y el computo cuantico se ha convertido en un foco de desarrollo basico de la fenomenologia cuantica, analisis y revision del cual se presenta en este trabajo.
Empezar con la definicion formal de qubit, registrador cuantico, y de conjunto universal de compuertas logicas empleado en la construccion de un computador cuantico, desde la perspectiva de un modelo de computacion de rojo cuantica. A partir de este momento, se enfatiza en la versatilidad de la representacion de circuito cuantico para intrincar y desintrincar estados cuanticos. De aqui se introduce el teorema de no clonacion y sus aplicaciones a criptografia cuantica. Se describe dos alternativas a la formulacion 'tradicional' o usual de computo cuantico: i) computacion cuantica geometrica, y ii) computacion cuantica unidireccional. Se realiza la caracterizacion, y cuantificacion de intrincamiento cuantico, en particular de sus usos como recurso fisico en protocolos de comunicacion cuentos cuanticos como teleportacion, criptografia, codificacion superdensa, y compresion de datos. Se introduce el concepto de paralelismo cuantico de aleman y se analiza su aplicacion a la capacidad eficiente de tareas algoritmicas irresolubles clasicamente La decoherencia cuantica se presenta como proceso inherente y central en el procesamiento de informacion cuantica. Se plantean mecanismos para corregirla o evitarla, en particular, se analiza en detalle el proceso de correccion de errores cuanticos. Finalmente, se describen algunas de las implementaciones fisicas de computo y comunicacion cuantica, y de la forma como un qubit puede ser poseido fisicamente en una gran variedad de nanosistemas.