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Mecánica cuántica

Procesamiento cuántico de la información

La mecánica cuántica ofrece nuevas formas de procesamiento y transmisión de información. Para llevar a cabo cualquiera de estas aplicaciones, se debe combatir la decoherencia, el ruido que degrada las propiedades cuánticas de todo sistema.

ISTOCKPHOTO/SAKKMESTERKE

En síntesis

Toda información se almacena y manipula por medio de dispositivos físicos. La teoría cuántica de la información investiga las posibilidades que surgen cuando tales dispositivos se rigen por las leyes de la mecánica cuántica.

La superposición y el entrelazamiento, fenómenos cuánticos sin análogo clásico, ofrecen métodos de almacenar, procesar y transmitir la información mucho más eficientes que cualquier protocolo clásico.

Tales métodos deben evitar que la información cuántica se filtre al entorno, un proceso conocido como decoherencia. Varias técnicas desarrolladas en los últimos años han conseguido prometedores avances en esta dirección.

Supongamos que se almacena información en el estado de un átomo o de un fotón, partículas cuyo comportamiento se rige por las leyes de la mecánica cuántica. ¿Implica ello algún cambio en el procesamiento y la transmisión de la información? Desde hace unos años, una nueva disciplina científica pretende dar respuesta a esa pregunta: la teoría de la información cuántica.

Esta disciplina ha emergido a partir de la combinación de diferentes aspectos de la física teórica y aplicada con las teorías de la información y de la computación. Se propone analizar qué posibilidades ofrecen las leyes de la mecánica cuántica al procesamiento y la transmisión de información. Gracias a este enfoque, se han encontrado espectaculares aplicaciones, como la criptografía o el teletransporte cuánticos, que desafían nuestra comprensión clásica de la realidad. Nuestra intuición está acostumbrada a razonar según dicta el entorno, donde los efectos cuánticos son imperceptibles y la mecánica clásica, o newtoniana, nos ofrece una descripción satisfactoria de los fenómenos que observamos. Por ejemplo, nadie se ha encontrado nunca delante del famoso gato de Schrödinger, vivo y muerto al mismo tiempo.

Por ello, una de las primeras recetas que hay que seguir a la hora de afrontar y analizar las nuevas propuestas de la teoría de la información cuántica consiste en abstenerse de buscarles una explicación clásica. Debemos realizar un esfuerzo intelectual y acostumbrarnos a pensar de un modo cuántico, aceptando e intentando explotar al máximo las nuevas reglas que nos ofrece este formalismo. En mi opinión, si la teoría de la información cuántica parece un campo apasionante y siempre sorprendente es porque nos «obliga» a renunciar a la intuición.

Históricamente, la mecánica cuántica fue la respuesta a una serie de problemas que aparecieron a finales del siglo XIX y principios del XX, cuando la física experimental permitió la observación de fenómenos a escala atómica. Surgieron entonces nuevas preguntas que requirieron nuevas respuestas, las cuales condujeron de manera más o menos natural a la mecánica cuántica tal y como hoy la concebimos. Hacia finales de los años treinta del pasado siglo, ya se había elaborado la mayor parte de la formulación teórica de la mecánica cuántica. ¿Por qué, pues, tardaron alrededor de medio siglo en aparecer los primeros resultados relativos a la información?

Una primera y sencilla razón es que, en aquella época, aún no existía una formulación de la teoría de la información. Los trabajos de Claude Shannon, que establecieron las bases de la dicha teoría, datan de 1949. Esta simple respuesta justifica, en parte, el retraso entre la finalización del desarrollo de la mecánica cuántica y el nacimiento de la teoría de la información cuántica. Sin embargo, no basta para explicar por qué, hasta principios de los años ochenta, nadie pensó en aplicar las leyes cuánticas al procesamiento de la información.

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