Fundamentals of information and computation in the realm of the quanta (2009)
La información es un ente físico. Los sistemas físicos registran y procesan información. El reconocimiento de estos hechos desde el punto de vista de la teoría de la información y su relación directa con aplicaciones a nuevas adolescentes ha sido crucial en el desarrollo reciente de la teoría tanto básica como aplicada, al mismo tiempo que de otras áreas la computación, matemáticas e ingenierías, donde el reto de construir dispositivos que permiten el procesamiento de información a nivel cuántico es objetivo primordial. En los trabajos de Deutsch (Deutsch, 1985) y Shor (Shor, 1994), la noción de bit clásico de la teoría de la información es conceptualmente extendida a un marco físico radicalmente diferente con la introducción del bit cuántico, donde fue demostrado que los efectos de interferencia cuántica de muchas cosas puede permitir una forma nueva y fundamental de cómputo, donde es posible la ejecución de tareas computacionales, irresolubles, cuentos, como la factorización de números primos, muy grandes, o la simulación exacta de sistemas, multipartitos, cuánticos. Así, la investigación en física de la información y el cómputo cuántico se ha convertido en un foco de desarrollo básico de la fenomenología cuántica, análisis y revisión del cual se presenta en este trabajo. Empezar con la definición formal de qubit, registrador cuántico, y de conjunto universal de compuertas lógicas empleado en la construcción de un computador cuántico, desde la perspectiva de un modelo de computación de rojo cuántica. A partir de este momento, se enfatiza en la versatilidad de la representación de circuito cuántico para intrincar y desintrincar estados cuánticos. De aquí se introduce el "teorema de no clonación" y sus aplicaciones a criptografía cuántica. Se describe dos alternativas a la formulación 'tradicional' o usual de cómputo cuántico: i) computación cuántica geométrica, y ii) computación cuántica unidireccional. Se realiza la caracterización, y cuantificación de intrincamiento cuántico, en particular de sus usos como recurso físico en protocolos de comunicación cuentos cuánticos como teleportación, criptografía, codificación superdensa, y compresión de datos. Se introduce el concepto de paralelismo cuántico de alemán y se analiza su aplicación a la capacidad eficiente de tareas algorítmicas irresolubles clásicamente La decoherencia cuántica se presenta como proceso inherente y central en el procesamiento de información cuántica. Se plantean mecanismos para corregirla o evitarla, en particular, se analiza en detalle el proceso de corrección de errores cuánticos. Finalmente, se describen algunas de las implementaciones físicas de cómputo y comunicación cuántica, y de la forma como un qubit puede ser poseído físicamente en una gran variedad de nanosistemas.