Teoría de la información cuántica

Esto es lo que en física cuántica se conoce como Principio de Superposición, que junto con el entrelazamiento, la interferencia y el efecto túnel, explica las diferencias entre la computación clásica y la cuántica.Sin embargo, en la práctica casi siempre se trabaja con cúbits, por analogía con la computación clásica, que emplea un lenguaje binario.Esta última se define para el caso de una variable aleatoriase mida, por lo que deja de ser, en principio, una cantidad exclusiva del sistema.Se puede comprobar que la entropía de von Neumann es cero y por lo tanto, mínima, si el estado es puro.Esto es consistente con la idea intuitiva de entropía como ignorancia a priori o conocimiento a posteriori, ya que en el caso de un estado puro no se ignora nada del sistema y por lo tanto, no queda nada por conocer de él.Es posible definir, de manera completamente análoga al caso clásico, la entropía cuántica relativa entre dos matrices densidadPor otro lado, si el sistema se compone de subsistemas, como en el caso de varios cúbits,es posible definir una entropía parcial para cada uno de ellos como la ignorancia con que se conoce su estado individual (ya sea como estado puro o matriz densidad).Sin embargo, las entropías individuales de los subsistemas 1,2,... no son nulas, por lo que el conocimiento absoluto del todo no supone el conocimiento absoluto de sus partes.Como estos cuatro estados forman una base del espacio de los dos cúbits y por ser la traza invariante frente a transformaciones unitarias, se comprueba fácilmente quePara el caso de un sistema biparte lo anterior se traduce en que la información mutuaAsí pues, para toda puerta lógica cuántica existe otra que realiza la operación inversa, devolviendo al cúbit o cúbits a su estado inicial.Aunque la computación cuántica es reversible desde un punto de vista teórico, la realidad práctica es otra, ya que un sistema nunca está aislado del todo y hay un entorno con el que interacciona.A continuación se enumeran y describen las puertas de un solo cúbit más relevantes.Sin embargo, como una puerta ha de ser a nivel práctico una unidad discreta, se mantienen las demás.Más tarde ambas partes emplean un canal clásico donde Alicia comunica la base con que preparó cada cúbit y Benito, si midió o no con la misma y descartan aquellos bits que Benito obtuvo empleando la base incorrecta.Entonces es cuando comparan un subconjunto aleatorio de aquellos bits que se han quedado para estudiar si el canal cuántico estaba siendo interferido por una tercera parte.Si los resultados no coinciden en un número por encima de un umbral que ellos fijan, abortan el proceso y lo intentan empleando otro canal cuántico.Los dos principales procesos de comunicación cuántica son la teleportación y el codificado superdenso.El codificado súperdenso en un muy similar a la teleportación: ambas partes poseen un cúbit de un estado máximamente entrelazado (aunque no necesariamente de Bell), pero en este caso Alicia le quiere enviar a Benito dos bits clásicos.Para hacerlo, Alicia realiza una operación unitaria sobre su cúbit y transforma el estado en uno de los cuatro estados de Bell, que son ortogonales y por lo tanto, absolutamente diferenciables.Entonces le envía su cúbit a Benito, quien midiendo ambos cúbits a la vez puede deducir en qué estado de Bell se encuentra el cúbit y obtener los dos bits clásicos que Alicia le quería transferir.Lo más interesante es que la acción conjunta del principio de superposición, el entrelazamiento y la interferencia permiten, en ocasiones, acelerar muchos cálculos que por medio de algoritmos clásicos llevarían mucho más tiempo.que se reciban en el otro extremo serán diferentes a los de entrada.Se puede probar que el siguiente código protege contra ambos tipos de errores:[5]​ La teleportación cuántica abrió un debate que todavía se mantiene a día de hoy.Sin embargo, Timpson sostiene que el debate nace de una falacia, la de pensar en la información como parte del contenido material del mundo y por lo tanto, como sujeta a las mismas leyes que rigen el comportamiento de la materia y la energía.Según este principio, existen sistemas referidos como elementales que dan respuesta a una pregunta o proceso experimental del tipo sí/no, es decir, a una pregunta que admite una respuesta binaria.El tercero simplemente establece que en procesos criptográficos las acciones de ambas partes están constreñidas, no pudiendo ninguna de las dos engañar a la otra: si Alicia codifica información, Benito no puede conocerla toda solo con la que Alicia le ha proporcionado en un primer momento.En este modelo en el proceso de medida sistema y observador se afectan mutuamente, donde el segundo estimula al primero y este, en respuesta, exhibe unos resultados que alteran las creencias del observador.