Bit y cúbit
Lección 6 de 23 del curso «Cuántica». Gratis, con animaciones y un test.
Un bit es un interruptor, un cúbit es una esfera
Un bit normal es un interruptor: 0 o 1, nada más. Un cúbit es la versión cuántica del bit. Antes de medirlo tiene dos amplitudes: una para 0 y otra para 1. Conviene dibujarlas como un punto en una esfera, no como dos posiciones. Pero recuerda la regla clave del nivel uno: al medirlo, el cúbit también da solo 0 o 1. Todo el truco está en lo que pasa con las amplitudes antes de medir.
La esfera de Bloch
El estado de un cúbit se puede mostrar como una flecha en una esfera, inventada por el físico Felix Bloch. El polo norte es seguro 0, el polo sur es seguro 1. Cuanto más cerca está la flecha de un polo, más probable es obtenerlo al medir. En el ecuador es justo 50/50. Y el giro alrededor del ecuador, como la longitud en un globo, se llama fase. Es el signo de la amplitud de la lección de superposición. En el simulador puedes girar la esfera con botones de puertas.
La fase: invisible pero decisiva
Toma dos puntos del ecuador: “más” y “menos”. Los dos tienen 50/50 de 0 y 1, y una medición directa no los distingue. Pero son estados distintos: en “menos” la amplitud del 1 lleva signo menos. Si antes de medir aplicas la puerta H, “más” se vuelve 0 seguro y “menos” se vuelve 1 seguro. Por eso importa la fase: los algoritmos cuánticos esconden la respuesta justo en esos signos y luego la revelan con interferencia.
Por qué es difícil imitar cúbits
Para describir n cúbits en un ordenador normal hacen falta 2 elevado a n amplitudes, porque cada combinación de 0 y 1 tiene la suya. 10 cúbits: 1024 números, nada. 50 cúbits: unos mil billones de números, ya no caben en la memoria de un portátil. 300 cúbits: más números que átomos en el universo observable. Por eso los circuitos cuánticos grandes no se pueden simplemente calcular en un superordenador, y ahí está su fuerza.
Pero solo puedes leer n bits
La trampa del hype: si dentro hay mil billones de números, ¿son mil billones de respuestas? No. Mides 50 cúbits y obtienes exactamente 50 bits normales, y todas las amplitudes colapsan. Los físicos incluso lo demostraron como teorema: de n cúbits no se sacan más de n bits de información. Así que la fuerza de los cúbits no es guardar. Es cómo un algoritmo hace que las respuestas incorrectas se anulen para que, al medir, salga la correcta.
¿Qué es un cúbit físicamente?
Un cúbit puede ser cualquier cosa con dos estados cuánticos claros que se pueda aislar y controlar. El circuito superconductor del Nobel 2025: sobre él construyen Google e IBM. Un ion suelto sujeto por un campo eléctrico: Quantinuum e IonQ. Un átomo neutro sujeto por un haz láser: QuEra y Atom Computing. Un fotón: PsiQuantum y Xanadu. Cada opción tiene pros y contras; los veremos en el nivel de hardware.
Ponte a prueba
- Un cúbit está en el ecuador de la esfera de Bloch. ¿Qué dará la medición?
Respuesta correcta: 0 o 1, más o menos igual de a menudo. El ecuador es 50/50. Cada medición da 0 o 1, y en cien intentos salen más o menos igual. - ¿Qué respondes a “50 cúbits guardan mil billones de respuestas”?
Respuesta correcta: Solo se pueden leer 50 bits. Describir 50 cúbits requiere mil billones de amplitudes, pero la medición da exactamente 50 bits. Es un teorema demostrado, no un problema temporal. - ¿En qué se diferencian los estados “más” y “menos”?
Respuesta correcta: El signo de la amplitud, la fase. Ambos son 50/50, pero en “menos” la amplitud del 1 lleva signo menos. La puerta H convierte “más” en 0 y “menos” en 1, así que la diferencia es real.