¿Qué es un qubit?

Si nunca has estudiado computación cuántica, esta página es tu punto de partida. No necesitas saber física: solo iremos despacio.

Bits, pero cuánticos

Un ordenador clásico guarda información en bits. Un bit solo puede estar en uno de dos estados: 0 o 1, como un interruptor apagado o encendido.

Un qubit (bit cuántico) es la versión cuántica de esa idea, pero con dos diferencias importantes:

1. Superposición. Mientras nadie lo mide, un qubit puede estar a la vez en 0 y en 1, con unos pesos (amplitudes) para cada opción.
2. Entrelazamiento. Varios qubits pueden quedar tan ligados que el estado de uno depende del otro, aunque estén separados.

Aunque parezca magia, es simplemente cómo se comporta la materia a escalas muy pequeñas. Las matemáticas que lo describen son el álgebra lineal: un qubit es un vector de dos números complejos.

Cómo se ve en vqubit

No necesitas manejar esos vectores a mano. En vqubit, lo primero es decidir dónde vive cada qubit. Ese "dónde" se llama identificador cuántico o Qid:

import vqubit as vq

q0 = vq.LineQubit(0)      # el qubit 0 de una línea
q1 = vq.LineQubit(1)      # el qubit 1 de la misma línea

Una línea (LineQubit) es solo un modelo sencillo: los qubits se numeran 0, 1, 2, .... También existen rejillas (GridQubit) para imitar la disposición física de muchos procesadores reales, y qubits con nombre (NamedQubit).

Superposición con una sola puerta

La puerta Hadamard (H) pone un qubit en superposición: a partes iguales entre 0 y 1.

circuito = vq.Circuit(vq.H(q0))
estado = vq.Simulator().simulate(circuito, qubit_order=[q0])
print(estado)

Si mides ese qubit muchas veces, verás 0 aproximadamente la mitad de las veces y 1 la otra mitad. La superposición no significa que "esté en los dos a la vez" en el sentido cotidiano: significa que, hasta que lo mides, sus probabilidades están repartidas.

Medición

Medir un qubit lo obliga a "decidirse" por 0 o por 1. El resultado es aleatorio, pero con probabilidades que dependen del estado. En vqubit:

resultado = vq.Simulator().run(vq.Circuit(vq.H(q0), vq.measure(q0, key="result")), repetitions=1000)
print(resultado.histogram(key="result"))

Siguientes pasos

Ahora que sabes qué es un qubit, aprende qué le puedes hacer: las puertas cuánticas.