Información Cuántica El paradigma cuántico Elementos básicos

Slides:



Advertisements
Presentaciones similares
Complejidad Computacional
Advertisements

Unidad 1 Estructura atómica de la materia. Teoría cuántica
Universidad De Valencia
Información Cuántica Encriptación Teleportación
EL MÉTODO CIENTÍFICO APARATOS DE MEDIDA
Computación Cuántica y Teleportación de Estados Cuánticos
Información Cuántica Encriptación Teleportación.
Computación Cuántica Del átomo de Bohr a los qubits.
¿Qué es eso de la Información Cuántica?
Un poco de mecánica cuántica
NUEVAS TECNOLOGIAS COMPUTACION CUANTICA Rafael Eduardo Valero Valero
Introducción a la máquina
Grupo 4 Matías Melgar Pablo Carbonell
PROTOCOLOS Y ESTANDARES DE RED
Analisis deAlgoritmos
Física cuántica.
INFORMACIÓN CUÁNTICA Límites de la tecnología actual Futuro de la tecnología de computadores Soporte de la información Unidad de información cuántica.
CRIPTOGRAFÍA CUÁNTICA Criptografía de clave privada Criptografía de clave pública La criptografía en la actualidad Fundamentos de la criptografía.
NECESIDAD DE LA SIMULACIÓN POR ORDENADOR
SIMULACION DE UN COMPUTADOR CUANTICO
Autor: Javier Insa Cabrera Director: José Hernández Orallo 26 de septiembre de 2011.
El microscopio de efecto Túnel
Información Cuántica José Ignacio Latorre
Energía radiante y cuerpo negro.
LOS PRINCIPIOS DE LA MECÁNICA CUÁNTICA
QUANTICISMO, UNA TEORÍA PARA LA NUEVA ERA COMPUTACIONAL Dolors Capdet -Septiembre 2011.
Las tecnologías que cambiarán el futuro
Reloj Atómico de Cesio Nombre Del Grupo: IQ 01
Estructura de la materia
FÍSICA CUÁNTICA.
1.9 fronteras y perspectivas
COMPUTACION EVOLUTIVA Introducción. Computación Evolutiva: Computación Evolutiva: Enfoque alternativo para abordar problemas complejos de: Enfoque alternativo.
Laser de Átomos BEC (Bose – Einstein Condensates) Enrique Rodriguez Aboytes.
BREVE INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA CUÁNTICA. Desarrollo Histórico.
Elizabeth Amado Peña, Jeison Quiroga
INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA
La naturaleza de la realidad y el rol de la filosofía en la mecánica cuántica Un modelo de ciencia no-determinista o una teoría probabilística incompleta.
CONCEPTOS BÁSICOS DE MECÁNICA CUÁNTICA
Una introducción a la computación evolutiva
¿Estrategias Quánticas para conseguir pareja
Problemas de grafos y Tratabilidad Computacional
¿Qué matemáticas están presentes en la aplicación de la computación en el ámbito científico? César Fernández R. Hipótesis cognitiva: La matemática que.
Un modelo de computación no convencional: La Computación Cuántica
Reduciendo la complejidad de una tarea usando entrelazamiento Un equipo de 3 jugadores (Alicia, Bob y Carlos) contra el casino. Pueden acordar la estrategia.
Física de Semiconductores Clases: 3 de Marzo 5 de Marzo 10 de marzo 12 de marzo Constante de planck, Sistema cuántico y Evolución de el modelo atómico.
UN Nombre: Fabian Andres Robayo Quinbtero Fecha: 14/06/2015
Fundamentos de Física Moderna Mecánica Cuántica
Fundamentos de Física Moderna Radiación del Cuerpo Negro - Modelos cuánticos Andrés Felipe Rojas Ramírez G1E24Andres
COMPUTACIÓN CUÁNTICA Puertas cuánticas Problema de Deutsch Modelo cuántico de computación Teletransporte Algoritmo de Shor Ordenadores cuánticos.
Computadora cuántica Michael Morales Rebeca Zaldaño.
INFORMACIÓN CUÁNTICA  Límites de la tecnología actual  Futuro de la tecnología de computadores  Soporte de la información  Unidad de información.
Nombre: Fabian Andres Robayo Quintero Fecha: 14/06/2015
Fundamentos de Física Moderna – Modelo Atómico de Bohr
MODELO ATÓMICO DE BOHR G1E15Oscar Oscar Javier Mora Gil
Fundamentos de Física Moderna Radiación del Cuerpo Negro (modelo cuántico) Sergio Toledo Cortes -G2E31- Junio/14/2015.
LA FISICA CIENCIAS NATURALES Prof: José Horacio Madrid
Fundamentos de Física Moderna Mecánica Cuántica
UN JUAN F. QUINTERO DUARTE G2E26.  Los electrones describen órbitas circulares en torno al núcleo del átomo sin irradiar energía. La causa de que el.
UN JUAN F. QUINTERO DUARTE G2E26
Experimentos Clásicos de la Física Moderna
RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO MODELO CUANTICO DOMINGO ALFONSO CORONADO ARRIETA COD UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FISICA MODERNA.
FÍSICA CUÁNTICA.
CUANTIZACIÓN DE LA ENERGÍA Camilo Andrés Vargas Jiménez G2E32CamiloG2E32Camilo 1. TEORIA DEL QUANTUM DE ACCIÓN DE PLANCK: Su función principal se.
algoritmo de cifrado RSA
Física Cuántica.
Javier de Lucas Doctor en Ciencias Catedrático de Física.
Criptografía Cuántica y Computación Cuántica
En el Siglo XVI, En el Siglo XVII,  Galileo fue pionero en el uso de experimentos para validar las teorías de la física. Se interesó en el movimiento.
Mecánica Cuántica Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá Fundamentos de Física Moderna 2016 Sergio Alejandro Sánchez Código
MECANICA CUANTICA DAVID HERNANDO DIAZ BARBOSA INGENIERIA MECANICA.
Transcripción de la presentación:

Información Cuántica El paradigma cuántico Elementos básicos Logros recientes Perspectivas de futuro

¿Qué es la Información Cuántica? Paradigma cuántico ¿Qué es la Información Cuántica? La Información Cuántica es una disciplina emergente que estudia cómo utilizar las leyes de la Mecánica Cuántica para codificar, procesar y transmitir información Ordenador cuántico Criptografía Cuántica IC Teleportación estándars Relojes atómicos BEC Láseres atómicos

El nuevo paradigma cuántico Ideas básicas Paradigma cuántico El nuevo paradigma cuántico 1930’s Church, Gödel, Turing, Post,.. “Computabilidad” = “Computabilidad en una máquina de Turing” computar es, en última instancia, un proceso físico regido por la Física Clásica 1980’s Feynman, Deutsch,..., Bennett, Shor,... Ordenador cuántico Ordenador clásico Física Clásica Mecánica Cuántica

Clases de complejidad computacional Paradigma cuántico Clases de complejidad computacional P = NP NP  QP ? ? ? NP QP P ¿Pueden los problemas sin algoritmo clásico eficiente conocido ser tratados en forma eficiente cuánticamente? ¿Existe una caja negra cuántica que proporcione una mejora universal?

Elementos básicos de IC El qubit Podemos utilizar un electrón para implementar un bit = 1 | > = 0 Principio de superposición | 0 > + | 1 > Un registro cuántico puede hallarse en una superposición de registros clásicos ej: | 001001 > + | 101001 > + | 001001 > + | 101001 >

Eficiencia exponencial (?!) Elementos básicos de IC Las puertas lógicas | i > U | f > Evolución cuántica U (|0> + |1>) = U |0> + U |1> !! Computación reversible = No consume energía(!) Procesa en paralelo la superposición de estados(!) Existen puertas lógicas sin análogo clásico U Eficiencia exponencial (?!)

Elementos básicos de IC Lectura del resultado | f > = | 0010 > + | 1110 > + ................ + | 1111 > | 0010 > p0 ..... | 1111 > pn L | f > El resultado de la lectura no es determinístico El efecto de leer colapsa el estado

Elementos básicos de IC No Clonado |0> U|0> = |0> |0> |1> U|1> = |1> |1> (|0> + |1>) U(|0>+|1>) = |0>|0> + |1>|1>  (|0>+|1>)(|0>+|1>) Un registro cuántico arbitrario no puede ser clonado(?!)

Elementos básicos de IC Entanglement | -  = ½ ( | 0 1 - | 1 0  )  |   |   Entanglement = correlaciones cuánticas no locales Estados puros entangled violan las desigualdades de Bell Estados |GHZ= ½ ( | 0 0 0 - | 1 1 1 ) contienen correlaciones que no pueden ser simuladas por ningún modelo clásico El entanglement es un recurso para realizar acciones cuánticas: Teleportación, encriptación, computación instantánea,...

Máquina de Turing Cuántica Logros Logros teóricos Máquina de Turing Cuántica Un ordenador cuántico puede simular eficientemente a un ordenador clásico Algoritmos cuánticos Algoritmo de factorización de Shor Ordenador cuántico decodifica RSA !!! Algoritmo de búsqueda en base de datos de Grover Ordenador cuántico mejora en  Encriptación cuántica No clonado + colapso = encriptación perfecta Teleportación

Logros experimentales en IC Encriptación (semi comercial) GAP, Ginebra (spinoff: detectores de fotones, generadores de números aleatorios,...) Experimentos de demostración en IC Teleportación Interferencia entre C60, moléculas de miles de nucleones Desigualdades de Bell (67 km) Interferencia de condensados de Bose-Einstein Verificación de No Clonado Desigualdades de Bell de spin superior ....

Algoritmo de factorización de Shor Logros Algoritmo de factorización de Shor Escogemos a coprimo con N Hallamos el período r de la función ar=1 Si ac-1 ,entonces gcd(N,ar/21) son factores de N |  1 = | 000..0 | 000..0 |  2 = q=0,q | q | 000..0 |  3 = q=0,q | q | aq mod N |  4 = k | db+k r | b |  5 = q k e2i q(d_b+k r)/Q | q | b Prob(q)=| k e2i q(d_b+k r)/Q |2

Logros Logros experimentales hacia un ordenador cuántico Iones atrapados Innsbruck control de modos de oscilación y estados excitados aprovechamiento de interacción como puerta lógica difícil de escalar

Logros NMR IBM+Stanford (Chuang) Factorización de 15 = 5 * 3 7 qubits = spins de los núcleos (2 C+5 F) Temperatura ambiente 256 pulsos selectivos, 2ms Algortimo de Shor Escalado? Coherencia?

Criptografía cuántica Encriptación Alice Bob Eva Gran cantidad de información debe transmitirse en forma segura transacciones económicas comunicación confidencial

Criptografía cuántica Recordemos el colapso en el proceso de medida Si Si 100% 50% 50%

Encriptación cuántica BB84 Criptografía cuántica Encriptación cuántica BB84 Alice reduce el mensaje a 1’s y 0’s Me ha tocado el gordo 1110010001111101.. Alice y Bob acuerdan públicamente:  o  = 1 ,  o  = 0 Alice envía B   Bob mide internet |  > 100% |  > 50% , |  > 50% |  > 100% |  > 100% |  > 50% , |  > 50% Alice deduce secreto A |  > |  > |  > |  > secreto

Criptografía cuántica Eva no puede interferir el mensaje sin ser descubierta  |  > |  > 50%  |  > 50% |  > 50%  |  > 25% |  > 25% |  > ¡Eva al descubierto! Alice Eva Bob

Encriptación cuántica Ekert90 Criptografía cuántica Encriptación cuántica Ekert90 Alice Bob |0  |1 |1 |0  ... ... | -  = ½ ( | 0 1 - | 1 0  ) Eva | -   |   = | 1 0  Estado producto No viola las desigualdades de Bell

Criptografía cuántica Universidad de Viena (2000)

Requisitos para un ordenador cuántico Futuro Requisitos para un ordenador cuántico Sistema escalable, con qubits bien caracterizados Inicialización de qubits a un estado dado (borrar=disipa energía) Tiempos de decoherencia miles de veces superiores al tiempo de acción de una puerta lógica Implementación de un conjunto universal de puertas lógicas Posibilidad de medir selectivamente un qubit determinado Posibilidad de transmitir y guardar qubits

Futuro Propuestas Iones atrapados NMR Quantum dots Chips atómicos (ACQUIRE) Corrientes superconductoras (SQUBIT) N2@60C (QIDP-DF) Vórtices en condensados BEC Quasi-partículas en depleciones de efecto Hall cuántico

Futuro Financiación USA Agencias DoD external: ARO, ONR, AFOSR, DARPA DoD internal: ARL, AMCOM, CECOM, NRL, AFRL, DISA Intelligence: NSA, NRO, ARDA NIST: Boulder, Gaithersburg DoE: LANL, LBNL, ORNL NASA: JPL NSF Compañías IBM Lucent Microsoft Bruker Instruments AT&T, Hewlett Packard, Agilent, MagiQ

Futuro Financiación Europa Agencias UE, NSF, Agencias nacionales QIPC incluye 12 networks SDFG Schwerpunkt , SSQI-INFM,.. Insititutos + Universidades Max Planck Munich, Oxford, ... Total funding: 10 MEuros

Futuro Conclusión Investigación básica vs. aplicada Primer spin-off: comunicación cuántica Futuro ordenador cuántico se halla en el estado sólido

GRID QC