Autómata celular cuántico
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Un autómata celular cuántico, o ACC, es un modelo abstracto de la computación cuántica, ideado en analogía de los modelos convencionales de la autómata celular introducidos por von Neumann. Este nombre también puede referirse a la autómata celular de puntos cuánticos, que son una implementación física propuesta de los autómatas celulares "clásicos", explotando los fenómenos de la mecánica cuántica. Las ACC han atraído mucha atención a consecuencia de su característico tamaño (a escala molecular o incluso atómica) y su consumo ultra bajo de energía, por lo que es uno de los candidatos para la sustitución de la tecnología CMOS.
En el contexto de los modelos computacionales o en el de los sistemas físicos, el autómata celular cuántica se refiere a la fusión de dos elementos (1) el estudio del autómata celular en las ciencias computacionales y (2) el estudio del procesamiento de información cuántica. En particular, las siguientes son características de los modelos de un autómata celular cuántica:
- El cálculo se obtiene por la operación en paralelo de múltiples dispositivos informáticos, o células. Las células, generalmente, son tomadas para ser sistemas cuánticos idénticos de dimensión finita (por ejemplo, cada célula es un qubit).
- Cada célula tiene una vecindad de otras células. Juntas forman una red de células, que se consideran como regular (por ejemplo, las células se acomodan como una rejilla con, o sin, condiciones periódicas de contorno).
- La evolución de todas las células tiene una serie de simetrías físicas. La localidad es una: el siguiente estado de una célula depende de su estado actual y el de sus vecinas. La homogeneidad es otra: la evolución actúa de la misma forma sobre todas las células, es independiente del tiempo.
- El estado espacial de las células y las operaciones que se realizan en ellas, deben estar motivadas por los principios de la mecánica cuántica.
Otra característica que a menudo es considerada importante para un modelo de la autómata celular cuántico es que debe ser universal para la computación cuántica es decir, que pueda simular de manera eficiente a las máquinas de Turing cuánticas,[1][2] algún circuito cuántico arbitrario[3] o simplemente, todos los otros autómatas celulares cuánticos.[4][5]
Los modelos propuestos recientemente imponen otras condiciones, por ejemplo, qué los autómatas celulares cuánticos deben ser reversibles y/o localmente unitarias, que tengan una función de transición global fácil de determinar a partir de la regla de actualización de células individuales.[2] Resultados recientes muestran que estas propiedades se pueden derivar axiomáticamente, a partir de las simetrías de la evolución global.[6][7][8]
