Estudio de estados cuánticos aplicados a la computación cuántica : el caso del qubit topológico.

Rojas Sanchez, Daniel Ricardo

Estudio de estados cuánticos aplicados a la computación cuántica : el caso del qubit topológico.

dc.contributor.advisor	Ávila Torres, Sandra Bibiana	spa
dc.contributor.author	Rojas Sanchez, Daniel Ricardo	spa
dc.date.accessioned	2026-02-02T20:33:22Z
dc.date.available	2026-02-02T20:33:22Z
dc.date.issued	2025
dc.description.abstract	El presente trabajo de grado aborda la desconexión curricular entre la enseñanza tradicional de la física y el auge de las tecnologías cuánticas. Mediante una metodología de análisis documental, se desarrolla un estudio de caso comparativo entre los fundamentos físicos del qubit superconductor (tipo Transmon) y el qubit topológico, contrastando la madurez tecnológica del primero con la robustez intrínseca del segundo, basada en anyones no abelianos. La investigación utiliza esta comparación para evaluar la viabilidad y pertinencia de introducir temáticas de computación cuántica en la educación media y universitaria del contexto colombiano. Se concluye que, pese al desafío que impone la abstracción matemática, la integración de estos contenidos es necesaria para renovar el rol docente, sirviendo como vehículo articulador entre los principios fundamentales de la física y las demandas tecnológicas contemporáneas.	spa
dc.description.abstractenglish	This degree project addresses the curricular disconnect between traditional physics teaching and the rise of quantum technologies. Using a documentary analysis methodology, a comparative case study is developed between the physical foundations of the superconducting qubit (Transmon type) and the topological qubit, contrasting the technological maturity of the former with the intrinsic robustness of the latter, based on non-Abelian anyons. The research utilizes this comparison to assess the feasibility and pertinence of introducing quantum computing topics into secondary and university education within the Colombian context. It is concluded that, despite the challenge posed by mathematical abstraction, the integration of this content is necessary to renew the teaching role, serving as an articulating vehicle between the fundamental principles of physics and contemporary technological demands.	eng
dc.description.degreelevel	Pregrado	spa
dc.description.degreename	Licenciado en Física	spa
dc.format.mimetype	application/pdf	spa
dc.identifier.instname	instname:Universidad Pedagógica Nacional	spa
dc.identifier.reponame	reponame:Repositorio Institucional de la Universidad Pedagógica Nacional	spa
dc.identifier.repourl	repourl: http://repositorio.pedagogica.edu.co/
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/20.500.12209/21801
dc.language.iso	es
dc.publisher	Universidad Pedagógica Nacional	spa
dc.publisher.faculty	Facultad de Ciencia y Tecnología	spa
dc.publisher.program	Licenciatura en Física	spa
dc.relation.references	Aharonov, Y., y Bohm, D. (1959). Significance of electromagnetic potentials in the quantum theory. Physical review, 115(3), 485.
dc.relation.references	Altair 8800 microcomputer. (s.f.). Descargado de https://www.si.edu/object/altair-8800-microcomputer: nmah_1325625
dc.relation.references	Arovas, D., Schrieffer, J. R., y Wilczek, F. (1984). Fractional statistics and the quantum hall effect. Physical review letters, 53(7), 722.
dc.relation.references	Avron, J. E., Osadchy, D., y Seiler, R. (2003). A topological look at the quantum hall effect. Physics today, 56(8), 38-42.
dc.relation.references	Berry, M. V. (1984). Quantal phase factors accompanying adiabatic changes. Proceedings of the Royal Society A, 392(1802), 45-57. doi: 10.1098/rspa.1984.0023
dc.relation.references	Blais, A., Grimsmo, A. L., Girvin, S. M., y Wallraff, A. (2021, May). Circuit quantum electrodynamics. Reviews of Modern Physics, 93, 025005. doi: 10.1103/RevModPhys.93.025005
dc.relation.references	Bracken, P. (2024). Topology and the quantum hall effects. En Recent topics on topology (cap. 4). Rijeka: IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.1007560
dc.relation.references	Busicom 141-pf. (s.f.). Descargado de http://www.vintagecalculators.com/html/busicom_141-pf.html
dc.relation.references	Cevallos, P. A. E. (2024). Pedagogía cuántica: aplicaciones de computación cuántica en educación personalizada. Revista Científica Kosmos, 3(2), 170-186.
dc.relation.references	Clarke, J., y Wilhelm, F. (2008). Superconducting quantum bits. Nature, 453, 1031-1042. doi: 10.1038/nature07128
dc.relation.references	Das Sarma, S. (2023). In search of topological quantum computing. Proceedings of the National Academy of Sciences, 120, e2304992120. doi: 10.1073/pnas. 2304992120
dc.relation.references	Dirac, P. A. M. (1931). Quantised singularities in the electromagnetic field. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, 133 (821), 60-72.
dc.relation.references	Dirac, P. A. M. (1967). Principios de mecánica cuántica. Barcelona: Editorial Ariel.
dc.relation.references	Dündar-Coecke, S., Yeh, L., Puca, C., Pfaendler, S. M.-L., Waseem, M. H., Cervoni, T., Coecke, B. (2023). Quantum picturalism: Learning quantum theory in high school. En 2023 ieee international conference on quantum computing and engineering (qce) (Vol. 3, pp. 21-32).
dc.relation.references	Dür, W., y Heusler, S. (2013). What we can learn about quantum physics from a single qubit. arXiv preprint arXiv:1312.1463.
dc.relation.references	Feynman, R. P. (1982). "simulating physics with computers.". International Journal of Theoretical Physics (467-488).
dc.relation.references	Frolov, S. M., Manousakis, E., y Das Sarma, S. (2023, May). The search for majorana zero modes in topological superconductors. Nature Reviews Physics, 5, 268-281. doi: 10.1038/s42254-023-00569-w
dc.relation.references	García, A. C. (2023). Formación de profesores para la enseñanza de la física cuántica en la secundaria: necesidad de la democratización del conocimiento científico. Enseñanza y Aprendizaje de las Ciencias: Góndola, Ens Aprend Cienc, 18(2), 260-274.
dc.relation.references	Girvin, S. M. (2002). The quantum hall effect: novel excitations and broken symmetries. En Aspects topologiques de la physique en basse dimension. topological aspects of low dimensional systems: Session lxix. 7-31 july 1998 (pp. 53-175). Springer.
dc.relation.references	Hall, E. H. (1879). On a new action of the magnet on electric currents. American Journal of Mathematics, 2(3), 287-292.
dc.relation.references	Jiménez, C. R. (2021). Sobre la computacion cuantica.
dc.relation.references	Kaye, P., Laflamme, R., y Mosca, M. (2007). An introduction to quantum computing. OUP Oxford.
dc.relation.references	Klitzing, K. v., Dorda, G., y Pepper, M. (1980). New method for high-accuracy determination of the fine-structure constant based on quantized hall resistance. Physical review letters, 45(6), 494.
dc.relation.references	Laughlin, R. B. (1981). Quantized hall conductivity in two dimensions. Physical Review 23(10), 5632.
dc.relation.references	Laughlin, R. B. (1983). Anomalous quantum hall effect: an incompressible quantum fluid with fractionally charged excitations. Physical Review Letters, 50(18), 1395.
dc.relation.references	Lopez, R., y Matsler, K. J. (2024). Impact of professional development on teacher understanding of quantum information science.
dc.relation.references	Lutchyn, R., Bakkers, E., Kouwenhoven, L., Marcus, C., Ortno, E., y Oreg, Y. (2018). Majorana zero modes in superconductor-semiconductor heterostructures. Nat Rev Mater, 3, 52-68. doi: 10.1038/s41578-018-0003-1
dc.relation.references	Ma, K. K., Peterson, M. R., Scarola, V., y Yang, K. (2024). Fractional quantum hall effect at the filling factor $\nu=5/2$ En Encyclopedia of condensed matter physics (p. 324-365). Elsevier. Descargado de http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-323-90800-9.00135-9 doi: 10.1016/b978-0-323-90800-9.00135-9
dc.relation.references	Martinez-Chavanz, R. (2005). La recepción de la física moderna en colombia. Saber y Tiempo (18), 41-69.
dc.relation.references	Matsler, K., y Lopez, R. (2023). The quantum for all project: Teacher professional development model. EDULEARN23 Proceedings, 3337-3345.
dc.relation.references	Mientras En Físicas. (2019, 13 de abril). Mi primer artículo científico. Descargado de https://mientrasenfisicas.wordpress.com/2019/04/07/mi-primer-articulo-cientifico/
dc.relation.references	Morandi, G. (1992). The role of topology in classical and quantum physics. Springer. doi: 10.1007/978-3-540-46688-8
dc.relation.references	Nayak, C., Simon, S. H., Stern, A., Freedman, M., y Das Sarma, S. (2008, Sep). Non-abelian anyons and topological quantum computation. Rev. Mod. Phys., 80, 1083-1159. Descargado de https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.80.1083 doi: 10.1103/RevModPhys.80.1083
dc.relation.references	Pachos, J. K. (2012). Introduction to topological quantum computation. Cambridge University Press. doi: 10.1017/cbo9780511792908
dc.relation.references	Pérez-Castillo, R., Serrano, M. Á., y Piattini, M. (2020). Propuestas sobre la enseñanza de la informática cuántica.
dc.relation.references	Preskill, J. (2004). Lecture notes for physics 219: Quantum computation.
dc.relation.references	Quantum, G. A., y Collaborators. (2023, Feb). Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit. Nature, 614, 676-681. doi: 10.1038/s41586-022-05434-1
dc.relation.references	Quantum, M. A., Aghaee, M., Alcaraz Ramirez, A., Alam, Z., Ali, R., Andrzejczuk, M., ... others (2025). Interferometric single-shot parity measurement in inas-al hybrid devices. Nature, 638 (8051), 651-655.
dc.relation.references	Quiñones, D. (2012). Síntesis de circuitos cuánticos (Tesis Doctoral). doi: 10.13140/RG.2.2.10878.38722
dc.relation.references	Roth, T. E., Ma, R., y Chew, W. C. (2021). An introduction to the transmon qubit for electromagnetic engineers. arXiv preprint arXiv:2106.11352.
dc.relation.references	Salas Galindo, J. (2022). Proyecto pedagógico para el aprendizaje de la computación cuántica a nivel de bachillerato. Descargado de https://hdl.handle.net/1992/58107
dc.relation.references	Simon, D. S. (2018). Topology and physics: a historical overview. Tying Light in Knots: Applying Topology to Optics.
dc.relation.references	Tsui, D. C., Stormer, H. L., y Gossard, A. C. (1982). Two-dimensional magnetotransport in the extreme quantum limit. Physical Review Letters, 48(22), 1559.
dc.relation.references	Turing, A. M., y cols. (1936). On computable numbers, with an application to the entscheidungsproblem. J. of Math, 58(345-363), 5.
dc.relation.references	Universidad Pedagógica Nacional. (2024, Noviembre). Proyecto educativo del programa licenciatura en física (Inf. Téc.). Universidad Pedagógica Nacional, Facultad de Ciencia y Tecnología, Departamento de Física.
dc.relation.references	Uzcategui, M. A. V., Nieto, G. G., Barrios, J. R. B., Sosa, H. E. L., y Daboín, F. (2020). El efecto de hall en tres tiempos (clásico, cuántico entero y cuántico fraccionario) desde un contexto histórico-experimental. Latin-American Journal of Physics Education, 14(3), 8.
dc.relation.references	Whitty, R. (2017). Decidability and the entscheidungsproblem.
dc.relation.references	Wilczek, F. (1982). Quantum mechanics of fractional-spin particles. Physical review letters, 49(14), 957.
dc.relation.references	Wilczek, F. (1990). Fractional statistics and anyon superconductivity. WORLD SCIENTIFIC. Descargado de https://doi.org/10.1142/0961 doi: 10.1142/0961
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrights	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
dc.rights.uri	https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.source	reponame:Repositorio Institucional de la Universidad Pedagógica Nacional	spa
dc.source	instname:Universidad Pedagógica Nacional	spa
dc.subject	Computación cuántica	spa
dc.subject	Tecnologías cuánticas	spa
dc.subject	Qubit topológico	spa
dc.subject	Qubit superconductor	spa
dc.subject	Enseñanza de la física	spa
dc.subject.keywords	Quantum computing	eng
dc.subject.keywords	Quantum technologies	eng
dc.subject.keywords	Topological qubit	eng
dc.subject.keywords	Superconducting qubit	eng
dc.subject.keywords	Physics education	eng
dc.title	Estudio de estados cuánticos aplicados a la computación cuántica : el caso del qubit topológico.	spa
dc.title.translated	Study of quantum states applied to quantum computing : the case of the topological qubit.	eng
dc.type	info:eu-repo/semantics/bachelorThesis	spa
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dc.type.hasVersion	info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado	spa