Resumen del modulo
El curso introduce los fundamentos de la mecánica cuántica desde una perspectiva histórica y experimental — cuantización, experimento de Stern-Gerlach, principios de superposición y unitariedad — desarrollando los elementos centrales de la computación e información cuántica: qubits físicos reales, compuertas, circuitos y algoritmos, con aplicación práctica en Python/Qiskit. Se incluye una visión crítica del estado de la tecnología (era NISQ, roadmaps de hardware) y del ecosistema global de la computación cuántica.
Diseñado para estudiantes de computación sin formación previa en física, partiendo de álgebra lineal y números complejos como puente hacia los conceptos cuánticos.
La UNESCO declaró 2025 Año Internacional de la Ciencia y Tecnología Cuántica (IYQ). El Premio Nobel de Física 2025 (Clarke, Devoret, Martinis) subrayó la importancia de los circuitos cuánticos superconductores. IBM Quantum ofrece acceso cloud a procesadores de más de 100 qubits.
Objetivo
Comprender el origen histórico y experimental de la mecánica cuántica (cuantización, Stern-Gerlach, principio de incertidumbre) y su conexión con los postulados formales.
Entender los principios fundamentales de la información cuántica: qubit, superposición, entrelazamiento, unitariedad y medición.
Introducir nociones del hardware cuántico actuales, implementar algoritmos y protocolos cuánticos en Qiskit / IBM Quantum
Contenidos
El curso parte de las herramientas matemáticas de la formación en computación (álgebra lineal, números complejos) y las utiliza como puente hacia los conceptos físicos y algorítmicos.
Bloque I Fundamentos Fisicos y el qubit
Motivación: límites de la computación clásica (Ley de Moore, von Neumann-Landauer), ecosistema cuántico global, roadmaps de hardware.
Crisis de la física clásica (1900–1925): cuantización (Planck, Einstein, Bohr), dualidad onda-partícula, espectros discretos. Semiconductores y transistores como primera tecnología cuántica.
Experimento de Stern-Gerlach: medición cuántica, cuantización del espín, no-conmutatividad de observables, principio de incertidumbre de Heisenberg como consecuencia algebraica.
Función de onda, ecuación de Schrödinger, superposición y unitariedad.
El qubit: definición, esfera de Bloch, implementaciones físicas reales (Nobel 2025: Clarke, Devoret, Martinis).
Notación de Dirac (bra-ket), matrices de Pauli, postulados de la mecánica cuántica condensados.
Qué es y qué NO es la computación cuántica: el observador no es una mente consciente, el entrelazamiento no permite comunicación superluminal, la pseudociencia cuántica como problema social.
💻 Práctica: primeros circuitos en IBM Quantum Composer
Crisis de la física clásica (1900–1925): cuantización (Planck, Einstein, Bohr), dualidad onda-partícula, espectros discretos. Semiconductores y transistores como primera tecnología cuántica.
Experimento de Stern-Gerlach: medición cuántica, cuantización del espín, no-conmutatividad de observables, principio de incertidumbre de Heisenberg como consecuencia algebraica.
Función de onda, ecuación de Schrödinger, superposición y unitariedad.
El qubit: definición, esfera de Bloch, implementaciones físicas reales (Nobel 2025: Clarke, Devoret, Martinis).
Notación de Dirac (bra-ket), matrices de Pauli, postulados de la mecánica cuántica condensados.
Qué es y qué NO es la computación cuántica: el observador no es una mente consciente, el entrelazamiento no permite comunicación superluminal, la pseudociencia cuántica como problema social.
💻 Práctica: primeros circuitos en IBM Quantum Composer
Bloque II Información cuántica y sistemas multi-qubit
Compuertas de un qubit: H, X, Z, T como rotaciones en la esfera de Bloch.
Producto tensorial y sistemas multi-qubit: crecimiento exponencial del espacio de Hilbert.
Entrelazamiento cuántico: estados de Bell, test de separabilidad, desigualdades de Bell y su violación experimental (Nobel de Física 2022).
Teorema de no-clonación y causalidad relativista (no-signaling).
Distribución cuántica de claves BB84: seguridad garantizada por leyes físicas.
💻 Práctica: circuitos entrelazados y teletransportación cuántica en Qiskit
Producto tensorial y sistemas multi-qubit: crecimiento exponencial del espacio de Hilbert.
Entrelazamiento cuántico: estados de Bell, test de separabilidad, desigualdades de Bell y su violación experimental (Nobel de Física 2022).
Teorema de no-clonación y causalidad relativista (no-signaling).
Distribución cuántica de claves BB84: seguridad garantizada por leyes físicas.
💻 Práctica: circuitos entrelazados y teletransportación cuántica en Qiskit
Bloque III Algoritmos cuánticos y estado del arte
Phase kickback: mecanismo central de los algoritmos basados en oráculos.
Algoritmo de Deutsch: primera ventaja cuántica demostrable (1 consulta vs. 2 clásicas).
Algoritmo de Grover: búsqueda cuadráticamente más rápida, optimalidad.
Panorama: Shor (amenaza a RSA/ECC), criptografía post-cuántica (NIST PQC 2024: ML-KEM, ML-DSA), comunicaciones cuánticas, QML, simulación cuántica.
Estado actual: era NISQ, QEC, mitos sobre mitigación de errores (Zimborás et al. 2025), IA para computación cuántica (Alexeev et al. 2025).
💻 Práctica: implementación y ejecución de Grover en Qiskit (notebooks)
Algoritmo de Deutsch: primera ventaja cuántica demostrable (1 consulta vs. 2 clásicas).
Algoritmo de Grover: búsqueda cuadráticamente más rápida, optimalidad.
Panorama: Shor (amenaza a RSA/ECC), criptografía post-cuántica (NIST PQC 2024: ML-KEM, ML-DSA), comunicaciones cuánticas, QML, simulación cuántica.
Estado actual: era NISQ, QEC, mitos sobre mitigación de errores (Zimborás et al. 2025), IA para computación cuántica (Alexeev et al. 2025).
💻 Práctica: implementación y ejecución de Grover en Qiskit (notebooks)
Metodología
Clases teóricas intercaladas con prácticas hands-on. Las sesiones alternan exposición conceptual con ejercicios guiados en IBM Quantum Composer y Qiskit (Python). Se utilizan materiales audiovisuales, notebooks Jupyter y se promueve la discusión crítica del estado actual del campo, incluyendo artículos de referencia recientes.
IBM Quantum ComposerQiskit · PythonNotebooks JupyterArtículos 2025Videos y materiales audiovisuales
Resultados esperados
Al finalizar el módulo, el estudiante será capaz de:
Explicar el origen físico de los conceptos cuánticos centrales y su relación con experimentos reales.
Conocer las principales plataformas físicas de qubits en el ecosistema cuántico actual.
Construir y simular circuitos cuánticos incluyendo teletransportación en Qiskit.
Analizar los algoritmos de Deutsch y Grover, identificando la fuente de la ventaja cuántica.
Evaluar el estado actual del campo con criterio técnico: aplicaciones verificadas, limitaciones de la era NISQ y perspectivas hacia la tolerancia a fallos.
Criterios de aprobación
Evaluación: cuestionarios de opción múltiple a lo largo del curso y entrega de al menos un ejercicio resuelto en Python/Qiskit con explicación comentada. La instancia práctica es condición necesaria para la acreditación.
Asistencia mínima requerida: 80%
Bibliografía
Nielsen, M. A. & Chuang, I. L. (2010). Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press.
IBM Quantum Learning. Plataforma oficial. quantum.cloud.ibm.com/learning →
IBM Quantum. Documentación de procesadores. quantum.cloud.ibm.com/docs →
Premio Nobel de Física 2025. Clarke, Devoret, Martinis — circuitos cuánticos superconductores. nobelprize.org →
Zimborás, Z. et al. (2025). Myths around quantum computation before full fault tolerance. arXiv:2501.05694. arxiv.org/abs/2501.05694 →
Alexeev, Y. et al. (2025). Artificial intelligence for quantum computing. Nature Communications 16, 10829. doi.org/10.1038/s41467-025-65836-3 →
NIST / Physics World (2024). Post-Quantum Cryptography Standards (ML-KEM, ML-DSA, SLH-DSA). physicsworld.com →