Uno de los componentes centrales de una computadora cuántica es la unidad de procesamiento cuántico (QPU) o procesador cuántico. En lugar de los bits binarios utilizados en la informática clásica, los ordenadores cuánticos utilizan bits cuánticos – o qubits para abreviar. Estos qubits son partículas subatómicas que pueden utilizar las propiedades de mecánica cuántica para representar y procesar grandes cantidades de datos.
Un procesador cuántico manipula qubits para completar tareas. Es similar a la unidad central de procesamiento (CPU) de una computadora convencional, que realiza cálculos utilizando la información contenida en bits binarios: los 1 y 0 de los datos.
A diferencia de los procesadores clásicos, los procesadores cuánticos utilizan puertas lógicas cuánticas (o puertas cuánticas) para manipular qubits y realizar cálculos. Las puertas cuánticas son intrínsecamente diferentes de las puertas lógicas binarias, ya que están diseñadas para aprovechar las extrañas propiedades de la física cuántica. Las extrañas reglas del mundo cuántico permiten a las computadoras cuánticas realizar cálculos en una mera fracción del tiempo que les tomaría a las computadoras binarias normales.
Como la tecnología aún está en su infancia, actualmente no existe una arquitectura o enfoque estándar para desarrollar un procesador cuántico, y un procesador cuántico puede funcionar de una manera completamente diferente a otro. Debido a estas diferentes arquitecturas, puede resultar difícil comparar las capacidades de diferentes tipos de procesadores cuánticos.
¿Cómo funcionan los procesadores cuánticos?
El desarrollo de procesadores cuánticos todavía enfrenta importantes desafíos prácticos. Para ser efectivos y precisos, los procesadores cuánticos también deben mantener la estabilidad de los qubits y contar con sistemas viables de corrección de errores. Ambos elementos son esenciales para desarrollar computadoras cuánticas capaces de realizar cálculos a gran escala con precisión.
Parte del problema, sin embargo, es que los qubits son inherentemente frágiles y pueden verse afectados por una variedad de condiciones ambientales externas. Un estado estable de qubit, que es esencial para la precisión, a menudo (pero no exclusivamente) se logra mediante el uso de campos magnéticos de alta potencia o congelando los qubits a niveles cercanos. cero absoluto.
También hay investigaciones en curso sobre una variedad de tecnologías que pueden detectar cambios no deseados en los estados de los qubits, junto con aquellas que corrigen o compensan interferencias externas.
Estos desafíos técnicos hacen que los procesadores cuánticos sean tecnologías increíblemente delicadas y sensibles a la más mínima interferencia externa. Incluso las vibraciones más pequeñas pueden impedir que un procesador cuántico complete con éxito una tarea, lo que significa que todavía no son adecuados para aplicaciones fuera de un entorno de laboratorio.
Los algoritmos clásicos no se pueden utilizar en física cuántica, por lo que los procesadores cuánticos utilizan algoritmos cuánticos que les permiten ejecutar código de manera diferente. La naturaleza única de los algoritmos cuánticos les permite aprovechar las propiedades cuánticas y procesar datos a un ritmo más rápido.
Aunque los procesadores cuánticos son capaces de realizar cálculos demasiado complejos para los tiempos actuales supercomputadoras más poderosasno son capaces de resolver problemas indecidibles, como cualquier cosa que sea fundamentalmente irresoluble.
El desarrollo de unidades de procesamiento cuántico es similar a la evolución temprana de las CPU convencionales. Aunque existe una variedad de arquitecturas de unidades de procesador cuántico, es probable que se unifiquen en un único diseño estándar a medida que la tecnología se perfeccione y mejore en los próximos años.
