Bahía Blanca | Jueves, 28 de marzo

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Computación cuántica, un cambio rotundo

¿Hasta dónde podemos empujar la actual tecnología de la información basada en bits? Hace falta un cambio de visión y reestructurar lo ya conocido.
Computación cuántica, un cambio rotundo. Tecnología. La Nueva. Bahía Blanca

En un artículo anterior comentábamos acerca de las limitaciones actuales respecto a la miniaturización de microprocesadores, mencionamos además que el límite físico ronda los 7 nanómetros, pues más allá de esos parámetros surgen efectos cuánticos que generan interferencias que no permiten controlar debidamente los procesos computacionales.

El problema se basa en que a escalas nanométricas la física adquiere excepcionales características y deja de comportarse según las leyes conocidas ya que una macro partícula cuando se encuentra con un obstáculo, no puede atravesarlo, pero en el caso de los electrones, que son partículas cuánticas elementales y se comportan como ondas, existe la posibilidad de que una parte de ellos pueda atravesar las paredes (efecto túnel) si son demasiado delgadas, de manera tal que la señal puede pasar por canales donde no debería circular y arruinar todo el proceso de cálculo.

Las computadoras actuales, aún las supercomputadoras más poderosas están basadas en la física clásica o newtoniana, funcionan siguiendo el modelo del matemático Alan Turing, resolviendo problemas de manera secuencial según un algoritmo dado.

Mundo limitado

Hasta ahora todas las computadoras operan en su nivel más básico con ceros y unos, lenguaje binario que matemáticamente se ajusta perfectamente a los niveles discretos de voltaje de un circuito electrónico, los que representan valores con los que se pueden crear puertas lógicas que al final sirven para resolver algoritmos.

A esta rama de la ciencia se la denomina electrónica digital, simplemente porque su lógica puede resolver problemas con tan solo 2 dígitos y sus posibles combinaciones.

La tesis de Church-Turing entre otras cosas, señala que si un algoritmo es computable será entonces compatible con el modelo de máquina de Turing pues esencialmente todas las computadoras actuales son máquinas de Turing siendo todas equivalentes, sin importar su diseño, marca o arquitectura de hardware, siempre siguen las mismas normas aunque obviamente a diferentes velocidades de reloj.

Entonces el postulado indica que si una máquina de Turing no puede computar un problema, ningún otro tipo de máquina podrá hacerlo.

Y en verdad existen muchos problemas no computables, al menos bajo el paradigma computacional actual.

Efectivamente existen problemas llamados “duros” que sin importar la potencia de la computadora, o la cantidad ilimitada de memoria o recursos que se le asignen, nunca pero nunca podrá acceder a una solución ya que la potencia de una computadora se puede ampliar de manera lineal, mientras que existen problemas que escalan exponencialmente, hay otros que realmente escapan a la lógica tradicional.

Reino paradójico

La belleza de la mecánica cuántica radica en predecir efectos que desafían firmemente a nuestra intuición. El físico danés Niels Bohr solía decir “aquel que no se extrañe cuando le expliquen la mecánica cuántica, es que no ha comprendido nada”.

Por esta razón tratemos de sentirnos reconfortados de que no somos los únicos sorprendidos cuando veamos que en la computación cuántica los científicos aprendieron a lidiar con que algunas cosas pueden ser “cero”, otras pueden ser “uno” y a veces “cero” y “uno” simultáneamente.

En este fascinante reino los electrones se comportan como ondas o partículas según sean observados o no, existen partículas que se superponen en varios lugares a la vez, fotones entrelazados incluso si se encuentran a millones de años luz, es decir que si cambia uno de ellos, el otro inmediatamente cambia a su mismo estado a pesar de estar separados por mucha distancia.

¿Qué los une? hasta el momento nadie pudo descifrar el problema, pero los efectos de la mecánica cuántica pueden ser aprovechados y mucho.

Cuando nos sumergimos a niveles subatómicos, nos encontramos con que las partículas no solo pueden adoptar valores reconocibles sino que increíblemente también pueden adoptar ambos estados simultáneamente. Así es la cosa.

Pensamiento cuántico y el submundo atómico

Desde 1925 los científicos se han sumergido cada vez más en el submundo atómico, donde las cosas se comportan de manera muy distinta a las reglas generales de la física.

Esta nueva rama se llama física cuántica y estudia el comportamiento de las partículas elementales y de la energía a niveles subatómicos donde se vislumbra un nuevo paradigma que cambiaría por completo a la computación tal y como la conocemos.

Sin embargo para ingresar a este interesante mundo debemos deshacernos de lo conocido hasta el momento pues mediante la física cuántica rompemos con las reglas y saltamos hacia un nivel tanto más complejo como misterioso y apasionante.

Supongamos el problema típico del laberinto. La solución clásica o algoritmo de resolución consiste en la “regla de la mano derecha”.

Esto significa que en cada bifurcación tomaremos el camino de la derecha, y aunque no garantice hallar el camino más corto, sí permitirá encontrar la salida luego de varios intentos. Si utilizamos un algoritmo cuántico podemos utilizar todos los caminos a la vez con lo que no solo podemos ver cuál corresponde a la salida sino poder comparar cuál de todos es el más corto o eficiente.

Los enfoques más utilizados en computación cuántica son el algoritmo de Shor, algoritmo de Grover (búsquedas) y el algoritmo Kitaev para ordenar grupos de datos.