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1 de Septiembre de 2006
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 de luz, partículas cuyo comportamiento se rige por las leyes de la mecánica cuántica. ¿Implica algún cambio en el procesamiento y transmisión de la información? En los últimos años, una nueva disciplina científica pretende dar respuesta a esa pregunta: la teoría de la información cuántica. Ha emergido de la combinación de diferentes aspectos de la física teórica y aplicada con la teoría de la información y la computación. Se propone analizar qué posibilidades le ofrecen las leyes de la mecánica cuántica al procesamiento y a la transmisión de información. Gracias a este enfoque, se han encontrado espectaculares aplicaciones (como la criptografía cuántica o la teleportación cuántica) que desafían la comprensión clásica de la realidad. Nuestra intuición sólo está acostumbrada a razonar según dicta el entorno, donde los efectos cuánticos son imperceptibles y la mecánica clásica (o newtoniana) ofrece una descripción satisfactoria de los fenómenos que se observan. 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 explicaciones clásicas. Se debe realizar un esfuerzo intelectual y acostumbrarse a pensar de un modo cuántico, aceptando e intentando explotar al máximo las nuevas reglas de juego que este formalismo nos ofrece. 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 siglo XX, cuando la física experimental permitió la observación de fenómenos a escala atómica. Surgieron entonces nuevas preguntas que requirieron nuevas respuestas, y éstas llevaron de manera más o menos natural a la mecánica cuántica tal y como hoy la concebimos. Hacia finales de los años treinta, 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 no existía una formulación de la teoría de la información. Los trabajos de Shannon que establecieron las bases de la teoría de la información datan de 1949. Esta simple respuesta justifica en parte el retraso entre la finalización del desarrollo teórico de la mecánica cuántica y el nacimiento de la información cuántica. Pero no es suficiente para explicar las razones por las cuales no se pensó en la posible aplicación de las leyes cuánticas al procesamiento de la información hasta principios de los años ochenta.

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