1.6: El bit clásico

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Paul Penfield, Jr.
Massachusetts Institute of Technology via MIT OpenCourseWare

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Debido a que la medición cuántica generalmente altera el objeto que se está midiendo, un bit cuántico no se puede medir por segunda vez. Por otro lado, si un bit está representado por muchos objetos con las mismas propiedades, entonces después de una medición se pueden dejar sin cambios suficientes objetos para que el mismo bit pueda ser medido nuevamente.

En los sistemas electrónicos actuales, un poco de información es transportada por muchos objetos, todos preparados de la misma manera (o al menos esa es una manera conveniente de mirarla). Así, en una memoria de semiconductores se representa un solo bit por la presencia o ausencia de tal vez 60.000 electrones (almacenados en un condensador de 10 fF cargado a 1V). De igual manera, se utiliza una gran cantidad de fotones en la comunicación por radio.

Debido a que muchos objetos están involucrados, las mediciones en ellos no se limitan a un simple sí o no, sino que pueden variar sobre un continuo de valores. Por lo tanto, el voltaje en un elemento lógico semiconductor podría estar en cualquier lugar en un rango de, digamos, 0V a 1V. El voltaje podría interpretarse para permitir un margen de error, de modo que los voltajes entre 0V y 0.2V representarían 0 lógico, y los voltajes entre 0.8V y 1V un 1 lógico. La circuitería no garantizaría interpretar correctamente los voltajes entre 0.2V y 0.8V. Si el ruido en un circuito siempre es menor que 0.2V, y la salida de cada puerta del circuito es 0V o 1V, entonces los voltajes siempre se pueden interpretar como bits sin error.

Los circuitos de este tipo muestran lo que se conoce como “lógica restauradora” ya que pequeñas desviaciones en el voltaje de los valores ideales de 0V y 1V se eliminan a medida que se procesa la información. La robustez de las computadoras modernas depende del uso de la lógica restauradora

Un bit clásico es una abstracción en la que el bit se puede medir sin perturbarlo. Como resultado se pueden hacer copias de un bit clásico. Este modelo funciona bien para circuitos que utilizan lógica de restauración.

Porque todos los sistemas físicos obedecen en última instancia a la mecánica cuántica, el bit clásico es siempre una aproximación a la realidad. Sin embargo, incluso con los dispositivos más modernos y más pequeños disponibles, es excelente. Una pregunta interesante es si la aproximación clásica de bits seguirá siendo útil ya que los avances en la tecnología de semiconductores permiten reducir el tamaño de los componentes. En última instancia, a medida que intentemos representar o controlar bits con un pequeño número de átomos o fotones, el papel limitante de la mecánica cuántica cobrará importancia. Es difícil predecir exactamente cuándo ocurrirá esto, pero algunas personas creen que será antes del año 2015.