Biblioteca de conceptos cuánticos
77 conceptos de computación cuántica, cada uno con su grado de certeza: los resultados establecidos citan una fuente primaria, los hechos sujetos al tiempo llevan fecha de referencia y las preguntas abiertas se marcan como abiertas.
Fundamentos (niveles 1–5)
Niveles gratuitos77- Estado base
Un estado base es uno de un conjunto de estados de referencia — mutuamente ortogonales y normalizados — a partir de los cuales cualquier otro estado cuántico puede construirse como una superposición.
Nivel 1 - Esfera de Bloch
La esfera de Bloch es una representación geométrica del espacio de estados puros de un qubit individual, mapeando cada estado posible del qubit a un punto en la superficie de una esfera unitaria.
Nivel 1 - Regla de Born
La regla de Born establece que la probabilidad de obtener un resultado de medición específico es el módulo al cuadrado de la amplitud de probabilidad correspondiente: P(i) = |⟨i|ψ⟩|².
Nivel 1 - Colapso
El colapso es la actualización abrupta de un estado cuántico al medirlo: la superposición es reemplazada por el único estado base correspondiente al resultado observado.
Nivel 1 - Notación de Dirac (Bra-Ket)
La notación bra-ket es la notación matemática estándar para estados cuánticos, donde |ψ⟩ (ket) representa un vector columna y ⟨ψ| (bra) representa su transpuesta conjugada (vector fila).
Nivel 1 - Puerta de Hadamard
La puerta de Hadamard (H) es una puerta de un solo qubit que crea una superposición igual, mapeando |0⟩ a (|0⟩+|1⟩)/√2 y |1⟩ a (|0⟩−|1⟩)/√2.
Nivel 1 - Interferencia
La interferencia cuántica es el fenómeno por el cual las amplitudes de probabilidad se combinan como ondas — reforzándose o cancelándose — y es el mecanismo que los algoritmos cuánticos usan para suprimir las respuestas incorrectas y amplificar las correctas.
Nivel 1 - Puerta Pauli-X
La puerta Pauli-X es el equivalente cuántico de una puerta NOT clásica, invirtiendo |0⟩ a |1⟩ y |1⟩ a |0⟩, correspondiendo a una rotación de 180 grados alrededor del eje x de la esfera de Bloch.
Nivel 1 - Puerta Pauli-Y
La puerta Pauli-Y realiza una rotacion de 180 grados alrededor del eje y de la esfera de Bloch, mapeando |0⟩ a i|1⟩ y |1⟩ a -i|0⟩.
Nivel 1 - Puerta Pauli-Z
La puerta Pauli-Z es la puerta de inversion de fase que deja |0⟩ sin cambios y mapea |1⟩ a -|1⟩.
Nivel 1 - Medición cuántica
La medición cuántica es el proceso de extraer información clásica de un sistema cuántico, que colapsa irreversiblemente el estado cuántico en uno de los estados de la base de medición.
Nivel 1 - Qubit
Un qubit (bit cuántico) es la unidad fundamental de información cuántica, capaz de existir en una superposición de los estados clásicos 0 y 1.
Nivel 1 - Superposición
La superposición es el principio de mecánica cuántica que permite a un sistema cuántico existir simultáneamente en múltiples estados hasta que es medido.
Nivel 1 - Estados de Bell
Los estados de Bell son los cuatro estados maximamente entrelazados de dos qubits.
Nivel 2 - Puerta CNOT
La puerta CNOT es una puerta de dos qubits que invierte el qubit objetivo si y solo si el qubit de control es |1⟩.
Nivel 2 - Puerta Z Controlada
La puerta CZ aplica una inversión de fase a |11⟩. Es simétrica.
Nivel 2 - Decoherencia
La decoherencia es el proceso por el cual un sistema cuántico pierde su coherencia cuántica a través de la interacción con su entorno, causando que las superposiciones decaigan en mezclas estadísticas clásicas.
Nivel 2 - Teorema de no clonación
El teorema de no clonación establece que es imposible crear una copia idéntica de un estado cuántico desconocido arbitrario, una limitación fundamental derivada de la linealidad de la mecánica cuántica.
Nivel 2 - Puerta de fase (S)
La puerta S aplica una rotacion de fase de 90 grados a |1⟩ y es la raiz cuadrada de la puerta Z.
Nivel 2 - Amplitud de probabilidad
Una amplitud de probabilidad es el número complejo asociado a cada estado base en una superposición cuántica; el cuadrado de su módulo da la probabilidad de medir ese resultado, y su fase hace posible la interferencia.
Nivel 2 - Entrelazamiento cuantico
El entrelazamiento cuantico es una correlacion donde el estado del sistema no puede describirse como un producto de estados individuales.
Nivel 2 - Teleportación cuántica
La teleportación cuántica es un protocolo que transfiere un estado cuántico desconocido de un qubit a otro usando entrelazamiento compartido y comunicación clásica, sin transmitir físicamente el qubit.
Nivel 2 - Puerta Rx
La puerta Rx realiza una rotacion de angulo θ alrededor del eje x de la esfera de Bloch.
Nivel 2 - Puerta Ry
La puerta Ry realiza una rotacion de angulo θ alrededor del eje y de la esfera de Bloch, produciendo superposiciones de valores reales.
Nivel 2 - Puerta Rz
La puerta Rz realiza una rotacion de angulo θ alrededor del eje z de la esfera de Bloch.
Nivel 2 - Espectroscopia
La espectroscopia estudia cómo la materia absorbe y emite luz solo en frecuencias cuantizadas específicas: una huella dactilar que identifica átomos a años luz de distancia y localiza la frecuencia de operación de un qubit en el laboratorio.
Nivel 2 - Puerta SWAP
La puerta SWAP intercambia los estados cuanticos de dos qubits, implementada con tres puertas CNOT consecutivas.
Nivel 2 - Puerta T
La puerta T aplica una rotacion de fase de π/4 a |1⟩ y es la raiz cuadrada de la puerta S.
Nivel 2 - La pila cuántica: cuatro capas
La pila de la computación cuántica es una abstracción de cuatro capas — algoritmo → circuito → pulso → hardware — en la que cada capa traduce las órdenes de la capa superior a su propio lenguaje.
Nivel 2 - Unitariedad
Todas las puertas cuánticas deben ser transformaciones unitarias que satisfagan U†U = I.
Nivel 2 - Calibración
La calibración es la pila continua y secuencial de experimentos que ajusta los pulsos de control de cada qubit; sus datos definen qué puertas existen en qué qubits y son la fuente de verdad del QPU.
Nivel 3 - Matriz densidad
La matriz densidad (u operador densidad) ρ es una representación matemática de un estado cuántico que puede describir tanto estados puros como mezclas estadísticas de estados.
Nivel 3 - Algoritmo de Deutsch-Jozsa
El algoritmo de Deutsch-Jozsa determina si una funcion booleana es constante o balanceada con solo una consulta.
Nivel 3 - Puerta Fredkin (CSWAP)
La puerta Fredkin intercambia dos qubits objetivo solo cuando el control es |1⟩.
Nivel 3 - Fidelidad de puerta
La fidelidad de puerta es la probabilidad de que la operación física ejecutada por el hardware coincida con la puerta lógica ideal que se supone que implementa.
Nivel 3 - Estado GHZ
El estado GHZ es un estado multi-qubit máximamente entrelazado de la forma (|000...0⟩+|111...1⟩)/√2.
Nivel 3 - Algoritmo de Grover
El algoritmo de Grover ofrece aceleracion cuadratica para busqueda no estructurada con O(√N) consultas.
Nivel 3 - Computación híbrida cuántico-clásica
La computación híbrida cuántico-clásica combina un procesador cuántico con cómputo clásico en un mismo flujo de trabajo, con tres tipos de integración — remota, adyacente y estrecha — siendo la integración estrecha, dentro de la ventana de coherencia, el objetivo último.
Nivel 3 - Cúbit lógico
Un cúbit lógico es un cúbit protegido, codificado sobre muchos cúbits físicos propensos a errores. En diciembre de 2024, el chip Willow de Google demostró por primera vez que agrandar el código mejora el cúbit lógico — el primer código de superficie por debajo del umbral (below threshold).
Nivel 3 - Pulso de microondas
Un pulso de microondas es la forma de onda física que implementa una puerta cuántica en un cúbit superconductor: un golpe electromagnético moldeado a escala de nanosegundos, definido por cinco parámetros y almacenado en última instancia como dos arreglos de muestras I y Q.
Nivel 3 - Medición a mitad de circuito y fast feedback
La medición a mitad de circuito (mid-circuit measurement) lee un qubit mientras el circuito sigue ejecutándose, habilitando puertas controladas clásicamente y circuitos dinámicos — el verdadero if de la computación cuántica.
Nivel 3 - ML-KEM (Encapsulación de clave por retículo modular)
ML-KEM es un mecanismo de encapsulación de clave post-cuántico estandarizado por NIST basado en el problema MLWE.
Nivel 3 - Puertas nativas
Las puertas nativas son el conjunto de puertas que un chip cuántico puede ejecutar directamente — definido no por una física fija del chip sino por la calibración de hoy, y alcanzable desde tu circuito solo mediante transpilación.
Nivel 3 - Oráculo
Un oráculo es una subrutina de caja negra, implementada como un operador unitario, que permite a un algoritmo cuántico evaluar una función f(x) — incluso sobre entradas en superposición — mientras su funcionamiento interno se trata como desconocido.
Nivel 3 - Retroceso de fase (phase kickback)
El retroceso de fase es el efecto por el cual aplicar una operación controlada a un objetivo en un estado propio deja el objetivo sin cambios y, en su lugar, imprime la fase del valor propio en el registro de control.
Nivel 3 - Migración poscuántica
La migración poscuántica es la transición mundial de la criptografía a algoritmos resistentes al cuántico: el NIST finalizó FIPS 203/204/205 en agosto de 2024, y la Orden Ejecutiva estadounidense 14412 (junio de 2026) fija plazos federales — cifrado PQC de los sistemas sensibles antes de fin de 2030.
Nivel 3 - QASM y QIR
OpenQASM es el 'lenguaje ensamblador' legible por humanos de los circuitos cuánticos, y QIR es una representación intermedia basada en LLVM que transporta juntas la lógica cuántica y la clásica — a fecha de 2026, los dos estándares en convergencia de la pila de software cuántico.
Nivel 3 - QAOA (algoritmo cuántico de optimización aproximada)
QAOA es un algoritmo híbrido cuántico-clásico para optimización combinatoria: alterna capas de costo y de mezcla mientras un optimizador clásico ajusta los parámetros.
Nivel 3 - Transformada de Fourier cuántica
La QFT es el análogo cuántico de la transformada de Fourier discreta con O(n²) puertas.
Nivel 3 - Volumen cuántico
El volumen cuántico (QV) es una métrica de benchmark independiente del hardware para computadoras cuánticas.
Nivel 3 - Caminata cuántica
La caminata cuántica es el análogo cuántico de la caminata aleatoria clásica: el caminante avanza en superposición, y la interferencia lo hace extenderse cuadráticamente más rápido (distancia ~ t en vez de ~ sqrt(t)).
Nivel 3 - Enrutamiento de qubits
El enrutamiento de qubits mapea los qubits lógicos de un circuito sobre un chip con conectividad limitada, insertando puertas SWAP para mover estados entre qubits no adyacentes con el menor coste posible en tiempo y errores.
Nivel 3 - Oscilación de Rabi
La oscilación de Rabi es el vaivén sinusoidal de la población de un qubit entre |0⟩ y |1⟩ bajo excitación resonante: P₁(t) = sin²(Ωt/2). Su primer pico define el pulso π — la puerta NOT (X) calibrada.
Nivel 3 - Tiempos de coherencia T1 y T2
T1 (tiempo de relajación de energía) y T2 (tiempo de coherencia de fase) son las dos constantes de tiempo que determinan cuánto sobrevive un qubit: T1 mide la rapidez con que |1⟩ decae a |0⟩, T2 cuánto tiempo una superposición conserva su fase.
Nivel 3 - Producto tensorial
El producto tensorial combina los espacios de estados de sistemas cuánticos individuales en el espacio del sistema compuesto: dos qubits viven en un espacio de dimensión 4, n qubits en uno de dimensión 2^n.
Nivel 3 - Puerta Toffoli
La puerta Toffoli (CCNOT) invierte el objetivo solo cuando ambos controles son |1⟩.
Nivel 3 - Transmón
El transmón es un cúbit superconductor — un átomo artificial fabricado por litografía cuya unión Josephson lo convierte en un sistema multinivel débilmente anarmónico e insensible al ruido de carga.
Nivel 3 - Transpilación y enrutamiento
La transpilación reescribe un circuito cuántico en el conjunto de puertas nativas que el chip realmente admite; el enrutamiento asigna los qubits lógicos a qubits físicos bajo conectividad limitada, insertando puertas SWAP donde faltan conexiones directas.
Nivel 3 - Solucionador de valores propios variacional cuántico (VQE)
VQE es un algoritmo híbrido cuántico-clásico para encontrar la energía del estado fundamental.
Nivel 3 - Anarmonicidad
La anarmonicidad es la desviación de los espaciados entre niveles de energía de un oscilador respecto a la igualdad; en un transmón, α = ω12 − ω01 < 0 es el único asidero espectral que separa la transición del cúbit de los niveles superiores.
Nivel 4 - Interpretación de Copenhague
La interpretación de Copenhague (linaje Bohr/Heisenberg) trata la medición como una primitiva: la función de onda codifica probabilidades vía la regla de Born, y al medir se registra un resultado definido. Es una de varias interpretaciones vigentes con predicciones idénticas.
Nivel 4 - Diafonía (Crosstalk)
La diafonía (crosstalk) es una señal de control destinada a un cúbit que provoca una evolución no deseada en otro: una operación que nadie pidió.
Nivel 4 - Pulso DRAG
DRAG (Derivative Removal by Adiabatic Gate) es una técnica de moldeado de pulsos que añade la derivada de la envolvente principal como componente ortogonal en cuadratura, cancelando las transiciones no deseadas hacia el estado de fuga |2⟩ en cúbits débilmente anarmónicos como el transmón.
Nivel 4 - Retroalimentación rápida y FPGA
La retroalimentación rápida (en tiempo real) cierra el bucle medir–decidir–actuar dentro de la ventana de coherencia del cúbit; las FPGA aportan la lógica clásica determinista a escala de nanosegundos que lo hace posible.
Nivel 4 - Fuga (leakage)
La fuga es el escape de la población cuántica fuera del subespacio computacional {|0⟩, |1⟩} hacia niveles superiores como |2⟩ — el precio de los pulsos cortos cuyo espectro ancho se superpone con la transición ω12.
Nivel 4 - Ecuación maestra de Lindblad
La ecuación maestra de Lindblad es la ecuación de movimiento de un sistema cuántico abierto: extiende la dinámica de Schrödinger con términos disipativos cuyos operadores de colapso L_k codifican cada canal de ruido (relajación T1, desfase, decaimiento de fugas).
Nivel 4 - Estados mágicos
Los estados mágicos son estados recurso especiales que desbloquean la computación universal tolerante a fallos: la mayoría de los códigos correctores ejecutan las puertas de Clifford con seguridad pero no la puerta T directamente — así que se 'inyecta' un estado mágico preparado, vía teleportación, para realizarla.
Nivel 4 - Interpretación de los muchos mundos
La interpretación de los muchos mundos (formulación de estados relativos de Everett, 1957) sostiene que la función de onda universal siempre evoluciona unitariamente -- no hay colapso; un resultado de medición aparentemente único es una rama de una superposición entrelazada. Es una de varias interpretaciones vigentes con predicciones idénticas.
Nivel 4 - Optimización de pulsos
La optimización de pulsos es el esculpido numérico de formas de onda de control mediante descenso de gradiente sobre la infidelidad de puerta C = 1 − F — desde los gradientes analíticos de GRAPE (2005) hasta los modernos optimizadores diferenciables de sistema abierto, donde el gradiente fluye a través del propio ruido.
Nivel 4 - Códigos qLDPC
Los códigos cuánticos de comprobación de paridad de baja densidad (qLDPC) protegen muchos cúbits lógicos con muchos menos cúbits físicos que los códigos de superficie: el 'gross code' bicicleta-bivariado de IBM [[144,12,12]] almacena 12 cúbits lógicos en 288 cúbits físicos — rendimiento de código de superficie con unas 10 veces menos cúbits.
Nivel 4 - Corrección de errores cuánticos
La QEC protege información cuántica codificando qubits lógicos en estados entrelazados de qubits físicos.
Nivel 4 - Estimación de fase cuántica
La estimación de fase cuántica (QPE) estima la fase propia de un operador unitario: a partir de U|u> = e^(2*pi*i*phi)|u>, extrae phi mediante operaciones U controladas y una QFT inversa.
Nivel 4 - Randomized Benchmarking
El Randomized Benchmarking (RB) mide la fidelidad media de las puertas ejecutando secuencias aleatorias de puertas cada vez más largas que deberían devolver el cúbit a |0⟩, y ajustando el decaimiento exponencial de la probabilidad de supervivencia.
Nivel 4 - Algoritmo de Shor
El algoritmo de Shor factoriza grandes enteros en tiempo polinomial O((log N)³), amenazando RSA.
Nivel 4 - Validación cruzada de solvers
La validación cruzada de solvers consiste en contrastar un simulador numérico con implementaciones construidas de forma independiente, que difieren tanto en el método como en la base de código — porque los errores de implementación son autoconsistentes e invisibles desde dentro de una sola base de código.
Nivel 4 - Cúbit topológico
Un cúbit topológico es un cúbit propuesto que almacena la información de forma no local en propiedades topológicas de cuasipartículas exóticas (aniones), prometiendo protección contra errores incorporada — pero a julio de 2026 no existe ninguna demostración revisada por pares de un cúbit topológico funcional.
Nivel 4 - Trotterización
La trotterización aproxima la evolución continua bajo una suma de generadores no conmutantes A + B alternando muchos pasos diminutos bajo A y B por separado, con un error que se reduce de forma predecible a medida que la rebanada de tiempo Δt se hace más pequeña.
Nivel 4
Apréndelo con la práctica
Este concepto forma parte de un plan de 46 niveles, con un simulador interactivo y Lumen, un tutor cuyas respuestas se verifican antes de mostrarse. Los niveles 1–5 son gratuitos.