Entrelazamiento cuántico: el circuito de Bell

La Unesco declaró este año 2025 como el año de la Ciencia y Tecnología Cuánticas (AIQ). Y hay que adentrarse en ese universo mágico y maravilloso 🧐

La computación cuántica aprovecha fenómenos de la mecánica cuántica como la superposición y el entrelazamiento. Un solo qubit -la unidad básica de información cuántica- puede estar en 0 y 1 al mismo tiempo, y cuando dos qubits se entrelazan, sus estados quedan perfectamente correlacionados sin importar la distancia que los separe. 

Antes del colapso, se manipulan amplitudes y fases de los qubits para que, al final, el colapso revele la respuesta correcta con alta probabilidad.  

La computación cuántica consiste en no medir demasiado pronto, sino:

1. Preparar superposiciones (todas las posibilidades a la vez).

2. Manipular amplitudes y fases con puertas unitarias.

3. Usar la interferencia para favorecer la respuesta correcta.

4. Medir solo al final → el colapso muestra la solución con alta probabilidad.

👉 En palabras sencillas: el algoritmo cuántico programa cómo se combinan las posibilidades antes del colapso, y el colapso -el estados final del sistema- no hace más que dar forma visible al trabajo previo.

El circuito de Bell es el ejemplo más simple de este principio: combina una puerta Hadamard, que crea superposición, con una puerta CNOT, que transmite esa superposición al segundo qubit. El resultado es un par de qubits entrelazados, base de muchos algoritmos y protocolos cuánticos.

Ejemplo:
🔹 ¿Qué hace este pequeño circuito cuántico?

1️⃣ El primer qubit (q[0]) empieza en el estado 0. La puerta Hadamard (H) lo convierte en una superposición, es decir, está al mismo tiempo en 0 y en 1.

2️⃣ Luego se aplica una puerta CNOT (control en q[0], objetivo en q[1]), que hace que los dos qubits queden entrelazados.

3️⃣ Al medir, el resultado siempre será doble: 00 o 11, cada uno con un 50% de probabilidad.

✨ Lo sorprendente es que, aunque el resultado individual es aleatorio, los dos qubits siempre aparecen perfectamente correlacionados.

👉 Este es un ejemplo sencillo de entrelazamiento cuántico, el fenómeno que impulsa la computación cuántica, la criptografía cuántica y muchas de las tecnologías del futuro. Fue ejecutado en un computador cuántico de IBM: Torino de 133 Qbits con un procesador Heron r1. Se usó solo un segundo con un costo aproximado de 1,60 dólares.

Referencias:

• Loredo, R. (2020). Learn Quantum Computing with Python and IBM Quantum Experience. Packt Publishing.

Código, en Qiskit:

from qiskit import QuantumRegister, ClassicalRegister, QuantumCircuit

from numpy import pi

qreg_q = QuantumRegister(3, 'q')

creg_c = ClassicalRegister(2, 'c')

circuit = QuantumCircuit(qreg_q, creg_c)

circuit.h(qreg_q[0])

circuit.measure(qreg_q[0], creg_c[0])

circuit.x(qreg_q[0])

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