Interferencia: el truco principal
Lección 9 de 23 del curso «Cuántica». Gratis, con animaciones y un test.
Ya usas la interferencia
Los auriculares con cancelación escuchan el ruido de fuera y reproducen la misma onda, pero invertida. Donde el ruido tiene una cresta, el antirruido tiene un valle, y juntos dan silencio. Eso es interferencia. Las amplitudes de los cúbits se comportan igual: tienen signo, y un más y un menos pueden anularse. Todo el sentido de la computación cuántica es crear ese silencio para las respuestas incorrectas.
Por qué las probabilidades normales no pueden
La probabilidad normal siempre es positiva. Si dos caminos dan un cuarto cada uno, el total es la mitad, y ningún segundo camino puede “quitar” probabilidad. Con amplitudes es distinto: una puede ser más un medio y otra menos un medio, y la suma es cero. La probabilidad es el cuadrado de la amplitud, así que amplitud cero es probabilidad cero. Así borraron el 1 las dos H seguidas en la lección de puertas.
Una receta de cuatro pasos
Casi todos los algoritmos cuánticos siguen un patrón. Paso uno: puertas H crean una superposición de todas las opciones. Paso dos: un bloque especial, llamado oráculo, pone un menos a las opciones buscadas. Paso tres: más puertas montan la interferencia, y los más y menos anulan el resto. Paso cuatro: medición, y la respuesta correcta sale con alta probabilidad. El arte está en diseñar los pasos dos y tres para cada problema.
La primera victoria cuántica
En 1985 el físico David Deutsch ideó un problema de juguete. Hay una moneda con dos caras y hay que saber: ¿las caras son iguales, como en una falsa, o distintas, como en una justa? De forma clásica hay que mirar las dos caras. El algoritmo cuántico responde con una sola “mirada”: mira ambas caras en superposición y la interferencia da enseguida “iguales” o “distintas”. Útil no es mucho, pero fue la primera prueba de que lo cuántico puede ser más rápido.
No puedes copiar un cúbit
Un archivo se puede copiar todas las veces que quieras. Un estado cuántico desconocido no: lo demostraron en 1982 Wootters y Zurek, y por separado Dieks. Se llama teorema de no clonación. Lo malo: un cúbit no tiene “copia de seguridad”, y no puedes espiar un resultado intermedio sin estropear el cálculo. Lo bueno: un espía tampoco puede copiar en secreto una señal cuántica, y en eso se basa la criptografía cuántica.
Una carrera contra el tiempo
La interferencia solo funciona hasta que el ruido “desparrama” las amplitudes. El tiempo que aguanta un estado se llama tiempo de coherencia. En cúbits superconductores ronda una décima de milisegundo; en iones, segundos o más. Parece que los iones ganan, pero las puertas superconductoras son miles de veces más rápidas, así que en su vida hacen un número de operaciones comparable. Por eso no se compara el tiempo, sino el número de pasos sin error.
Ponte a prueba
- ¿Por qué un ordenador cuántico puede “borrar” una respuesta errónea y el azar normal no?
Respuesta correcta: Las amplitudes tienen signo, y más y menos se anulan. Las probabilidades solo suman, pero las amplitudes pueden ser negativas. Más y menos dan cero y la probabilidad de la respuesta errónea desaparece. - ¿Se puede hacer una copia de seguridad de un cúbit a mitad del cálculo?
Respuesta correcta: No, un estado desconocido no se puede copiar. El teorema de no clonación (1982) prohíbe copiar un estado cuántico desconocido. - ¿Qué comparación de cúbits es más justa?
Respuesta correcta: Cuántas operaciones logran sin error. Importa cuántos pasos útiles caben en la vida del estado. Un cúbit lento y longevo y uno rápido y efímero pueden quedar parejos.
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