Definición de qubit (quantum bit)
En computación cuántica, un qubit o bit cuántico (quantum bit) es la unidad fundamental de información cuántica. Representa la versión cuántica del tradicional bit clásico, pero con propiedades adicionales derivadas de la mecánica cuántica, como la superposición y el entrelazamiento.
A diferencia de un bit clásico, que solo puede adoptar los valores 0 o 1, un qubit puede estar en el estado 0, en el estado 1, o en una superposición de ambos estados al mismo tiempo. Esto significa que su valor es una combinación lineal de los estados |0⟩ y |1⟩, representados matemáticamente como α|0⟩ + β|1⟩, donde α y β son números complejos y |α|² + |β|² = 1.
El qubit se describe por un vector en un sistema cuántico-mecánico de dos niveles, correspondiente a un espacio vectorial bidimensional sobre números complejos. Un ejemplo físico de qubit es el espín de un electrón, la polarización de un fotón o el estado energético de un átomo.
Bits vs Qubits
- Bit clásico: Puede tener solo dos valores, 0 o 1, en cualquier momento.
- Qubit: Puede estar en 0, 1 o en cualquier superposición de ambos, gracias a las propiedades cuánticas.
Por ejemplo, mientras que un bit clásico funciona como un interruptor que está encendido (1) o apagado (0), un qubit puede estar en ambos estados a la vez hasta que se mide, momento en el cual se colapsa a uno de los dos valores.
Cuando se combinan varios qubits, el sistema puede representar múltiples estados simultáneamente. Dos qubits pueden estar en cualquiera de los cuatro estados de superposición cuántica posibles (|00⟩, |01⟩, |10⟩, |11⟩), y tres qubits pueden estar en cualquiera de las 8 superposiciones posibles.
En general, una computadora cuántica con N qubits puede estar en una superposición cuántica de 2N estados simultáneamente. Por ejemplo, con 3 qubits se pueden representar 8 estados a la vez; con 10 qubits, 1024 estados; y con 20 qubits, más de un millón. Una computadora clásica, en cambio, solo puede estar en uno de esos estados a la vez.
Las computadoras cuánticas manipulan los qubits mediante puertas lógicas cuánticas, que son operaciones que modifican sus estados siguiendo las reglas de la mecánica cuántica. La secuencia de puertas aplicada constituye un algoritmo cuántico.
Ventajas y desventajas del qubit
- Ventajas:
- Permiten realizar cálculos complejos y manejar grandes volúmenes de información de manera exponencialmente más eficiente que los bits clásicos en ciertos problemas.
- Hacen posible el desarrollo de algoritmos cuánticos como el algoritmo de Shor (factorización de números grandes) y el algoritmo de Grover (búsqueda en bases de datos).
- Desventajas:
- Son extremadamente sensibles al entorno y a la decoherencia, lo que dificulta mantenerlos estables el tiempo suficiente para ejecutar cálculos útiles.
- La tecnología para fabricar y controlar qubits aún está en desarrollo y requiere condiciones físicas muy específicas, como temperaturas cercanas al cero absoluto.
Comparación con otras tecnologías
A diferencia de los bits clásicos, que solo permiten procesamiento secuencial o paralelo limitado, los qubits abren la puerta a un paralelismo cuántico masivo. Sin embargo, la computación cuántica aún no reemplaza a la computación clásica, sino que se espera que la complemente en tareas muy específicas.
Resumen: qubit
En computación cuántica, un qubit es la unidad básica de información cuántica. A diferencia de un bit clásico que puede ser 0 o 1, un qubit puede ser 0, 1 o una superposición de ambos. Una computadora cuántica con N qubits puede estar en una superposición de 2N estados simultáneamente. Estos qubits se manipulan con puertas lógicas cuánticas para ejecutar algoritmos cuánticos.
¿Qué es un qubit en computación cuántica?
Un qubit, o bit cuántico, es una unidad de información cuántica que tiene dimensiones adicionales relacionadas con las propiedades cuánticas de los átomos físicos, como la superposición y el entrelazamiento.
¿Cómo se describe un qubit en un sistema cuántico-mecánico de dos niveles?
Un qubit se describe mediante un vector en un sistema cuántico-mecánico de dos niveles, equivalente a un espacio vectorial bidimensional sobre números complejos.
¿Cuál es la principal diferencia entre un bit clásico y un qubit?
La principal diferencia es que mientras que un bit clásico puede tener el valor de 0 o 1, un qubit puede tener el valor de 0, 1 o una superposición cuántica de ambos.
¿Cuántos estados de superposición cuántica pueden tener dos qubits?
Dos qubits pueden tener cualquiera de los cuatro estados de superposición cuántica posibles (|00⟩, |01⟩, |10⟩, |11⟩).
¿Cuántos estados de superposición cuántica pueden tener tres qubits?
Tres qubits pueden tener cualquiera de las 8 superposiciones cuánticas posibles.
¿Cuántos estados simultáneos puede tener una computadora cuántica con N qubits?
Una computadora cuántica con N qubits puede estar en una superposición cuántica arbitraria de 2N estados simultáneamente. En comparación, una computadora tradicional solo puede estar en uno de esos 2N estados en un único momento.
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Autor: Leandro Alegsa
Actualizado: 12-07-2025
¿Cómo citar este artículo?
Alegsa, Leandro. (2025). Definición de qubit. Recuperado de https://www.alegsa.com.ar/Dic/qubit.php
