Programando computadoras cuánticas con Qiskit

Introducción al cómputo cuántico

En mi artículo anterior, hablé sobre qué es el cómputo cuántico y qué lo hace especial. Como desarrollador, estoy seguro de que quieres saber cómo escribir un código que se ejecute en una computadora común. Antes de sumergirnos en eso, hagamos un breve repaso.

En lugar de usar bits clásicos de 0 y 1, las computadoras cuánticas utilizan qubits. Un qubit puede ser un 0, un 1 o cualquier combinación lineal de ambos, lo que llamamos superposición. También podemos entrelazar múltiples qubits, lo que hace que sus estados estén fuertemente correlacionados. Para cambiar los estados de los qubits, aplicamos una serie de puertas, similares a las puertas de lógica clásica. Y finalmente, queremos medir estos qubits para obtener resultados.

Escribiendo código cuántico con Qiskit

Entonces, ¿cómo llevamos todos estos conceptos al código? La respuesta es simple: usamos un kit de desarrollo de software cuántico. En este artículo, utilizaremos Qiskit, que es el framework cuántico más utilizado en la actualidad. Qiskit se basa en Python, lo que lo hace bastante sencillo de aprender, incluso si nunca lo has utilizado antes.

Comencemos escribiendo un programa simple en Qiskit. En este programa, utilizaremos dos qubits. Pondremos uno en superposición, lo entrelazaremos con el otro y luego realizaremos una medición de ambos. Y, por supuesto, todo esto se hace utilizando puertas cuánticas.

Primero, importemos el circuito cuántico de Qiskit. Luego, podemos crear un circuito cuántico con dos registros cuánticos y dos registros clásicos. Los registros cuánticos se utilizan para la computación cuántica, uno para cada qubit. Los registros clásicos se utilizan para almacenar los resultados medidos. Necesitamos registros clásicos porque, aunque el mundo físico sea cuántico, la mayoría del mundo clásico sigue siendo clásico, y los registros clásicos nos permiten llevar la información cuántica de vuelta al mundo clásico.

A continuación, queremos aplicar algunas puertas en nuestro programa. En este caso, aplicaremos dos puertas. La primera es la puerta Hadamard en el qubit 0. La puerta Hadamard pone al qubit en una superposición entre 0 y 1, lo que significa que ahora tiene igual probabilidad de ser medido como 0 o 1.

La siguiente puerta que necesitamos es la puerta control-not, también conocida como «cx». La puerta control-not es una puerta condicional de dos qubits. Tiene un qubit de control y un qubit objetivo. Sin superposición, la puerta control-not es bastante simple de entender. Si el estado del qubit de control es 1, cambia el estado del qubit objetivo. Por eso se llama control-not. Y debido a que los estados de al menos dos qubits están ahora fuertemente correlacionados, decimos que están entrelazados.

Lo último que queremos hacer es medir los qubits para obtener los resultados. Lo hacemos llamando a la función «measure all». Y ahí lo tienes. Acabamos de escribir un programa cuántico simple utilizando Qiskit.

Resultados del programa cuántico

Ahora, si tomas este programa y lo ejecutas varias veces en una computadora cuántica ideal, descubrirás que hay un 50% de probabilidad de que los resultados sean 00 y un 50% de probabilidad de que sean 11. Nunca obtendrás un resultado de 01 o 10. El 50/50 del primer qubit proviene de la superposición. Y aunque no cambiamos explícitamente el estado del segundo qubit, este cambiara de todas formas porque está entrelazado con el primer qubit. Por lo tanto, cambia junto con el primer qubit.

Otras funcionalidades de Qiskit

En este programa, creamos un circuito cuántico que opera al mismo nivel que el lenguaje ensamblador clásico y te permite manipular de manera eficiente los qubits directamente. Sin embargo, si no te gusta involucrarte con circuitos de bajo nivel, Qiskit también ofrece una serie de algoritmos de nivel superior. Por ejemplo, Qiskit tiene un paquete enfocado en aprendizaje automático que tiene varias clases preconstruidas. Puedes utilizar una clase de kernel cuántico, entrenar y probar datos, y luego pasar este kernel cuántico entrenado a un algoritmo clásico como la clasificación de vectores de soporte. De esta manera, puedes acelerar tu aplicación clásica con la potencia del cómputo cuántico.

Tabla de resumen de información

Preguntas frecuentes

1. ¿Qué es un qubit?

Un qubit es la unidad básica de información en la computación cuántica y puede ser un 0, un 1 o cualquier combinación lineal de ambos.

2. ¿Qué es el entrelazamiento en la computación cuántica?

El entrelazamiento es cuando los estados de dos o más qubits están fuertemente correlacionados.

3. ¿Qué son las puertas cuánticas?

Las puertas cuánticas son operaciones que se aplican a los qubits para cambiar sus estados y realizar cálculos cuánticos.

4. ¿Cuál es la diferencia entre un registro cuántico y un registro clásico?

Un registro cuántico se utiliza para almacenar información cuántica durante la computación cuántica, mientras que un registro clásico se utiliza para almacenar los resultados medidos y llevar la información cuántica al mundo clásico.

5. ¿Qiskit ofrece algoritmos de nivel superior además de la manipulación de circuitos cuánticos?

Sí, Qiskit ofrece una variedad de algoritmos de nivel superior, como el aprendizaje automático, que permiten aprovechar la potencia del cómputo cuántico en aplicaciones clásicas.

Gracias por leer este artículo. Si tienes alguna pregunta, déjala en los comentarios. ¡No olvides darle like y suscribirte a nuestro canal para obtener más contenido importante de ciberseguridad!

Recuerda revisar nuestros artículos relacionados para obtener más información sobre el emocionante mundo del cómputo cuántico.

Mila y César

Hola, somos Mila Jiménez y César Sánchez. Dos apasionados de la ciberseguridad con muchos años de experiencia. Hemos trabajado en muchas empresas del mundo TI y ahora nos apetece compartir nuestro conocimiento con cualquiera que lo necesite.

¡Si te gusta nuestro contenido puedes invitarnos a un café AQUÍ!