Cúbit: a unidade fundamental de información cuántica

Cando se fala de computación cuántica en medios ou charlas, tarde ou cedo xorde unha palabra que parece sacada dunha novela de ciencia ficción: cúbit. Non falta quen asenta coa cabeza coma se entendese, aínda que por dentro estea a pensar o mesmo que moitos: “Iso que é exactamente?”. A pesar do seu nome curioso, os cúbits son a base real e técnica dos computadores cuánticos, e entendelos non é só posible, senón tamén revelador.

Un cúbit (abreviatura de bit cuántico) é un sistema cuántico con dous estados propios ben definidos, que pode ser manipulado fisicamente. O importante é que, a diferenza do bit clásico, o cúbit non está limitado a representar un 0 ou un 1 de maneira fixa, senón que pode atoparse nunha superposición de ambos os estados. En palabras sinxelas: un bit pode ser 0 ou 1, mentres que un cúbit pode estar nunha combinación de 0 e 1 ao mesmo tempo.

A teoría que permite describir un cúbit é a mecánica cuántica. O seu comportamento non pode entenderse dentro das regras da física clásica. En matemáticas, un cúbit represéntase como un vector unitario nun espazo vectorial complexo bidimensional. Os estados básicos do cúbit denomínanse |0⟩ e |1⟩ (ket cero e ket un), equivalentes ao 0 e 1 clásicos. A posibilidade de estar nunha superposición é o que fai ao cúbit radicalmente distinto e poderoso.

Representación gráfica dun cúbit en forma de esfera de Bloch /  Wikipedia

O nome cúbit foi proposto por Benjamin Schumacher, quen describiu unha forma de codificar información cuántica utilizando o menor número posible de estados, no que agora se coñece como compresión de Schumacher. Segundo el mesmo explicou, o termo naceu como unha broma durante unha conversación con William Wootters, pola súa semellanza fonética con “cubit” (cóbado, en inglés).

Máis tarde xurdiron termos relacionados como ebit (unidade de entrelazamiento cuántico) ou qutrit (análogos do cúbit con tres estados posibles). A necesidade de novos termos mostra como a linguaxe tamén evoluciona cando se topa con fenómenos tan distintos como os da mecánica cuántica.

Unha diferencia clave entre bit e cúbit é a súa natureza: o bit clásico só pode estar nun estado á vez, mentres que o cúbit pode estar en ambos simultaneamente grazas á superposición. Pero isto non queda aí. Outra diferenza é o paralelismo cuántico, que permite que os cúbits procesen múltiples combinacións de información á vez. Por exemplo, dous cúbits poden representar simultaneamente os estados 00, 01, 10 e 11.

Ademais, os cúbits poden estar entrelazados. O entrelazamiento cuántico é un fenómeno polo cal o estado dun cúbit depende do estado doutro, sen importar a distancia que os separe. Se un par de cúbits entrelazados é medido, o resultado dun afecta directamente ao outro, mesmo se están separados por quilómetros. Este fenómeno ten implicacións profundas, como na teleportación cuántica e a seguridade en comunicacións.

FONTE: Eugenio M. Fernández Aguilar /muyinteresante.com