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la revolución de la computación cuántica

La progresiva miniaturización de los chips de los ordenadores se esta acercado al limite de las leyes físicas clásicas. La computación actual busca nuevos caminos y la computación cuántica se presenta como una alternativa diferente y revolucionaria.

Desde su programación hasta sus soportes, pasando por su arquitectura, sus algoritmos y sus unidades de información, este insipiente campo científico comienza a vislumbrar el futuro de la informática pero todavía hace falta mucho tiempo y trabajo,

La potencia de los ordenadores cuánticos es una buena razón para seguir investigando: Un ordenador de este tipo podría realizar algunas tareas millones de veces mas rápido que las supercomputadoras actuales.

En 1965, Gordon More, cofundador de Intell y uno de los gurus de la tecnología de la información, hizo una predicción que se vio confirmada con bastante precisión: en las décadas siguientes la potencia de los ordenadores se duplicaría cada ocho meses. Este incremento se ha debido sobre todo a la miniaturización progresiva de los componentes electrónicos pero las leyes físicas clásicas tienen una frontera: El mundo subatómico

En unos años los nanocircuitos actuales no podrán continuar diminuyendo de tamaño porque entrarían en los dominios de las partículas subatómicas, donde rigen las leyes de la física y de la mecánica cuántica. Entonces podría comenzar la era de la computación cuántica, pero es mucho mas complejo de lo que parece porque para ello habrá que redefinir muchos elementos de la computación actual, como su arquitectura, sus algoritmos o los elementos de HW, por citar algunos ejemplos. Puede ser cuestión de años de décadas o de siglos.

al encuentro del qubit

El bit (binary digit) es la unidad de información mas pequeña manipulada por los ordenadores actuales. Adquiere el valor de un ceo o un uno para el procesamiento y almacenamiento de datos, y puede materializarse en algo tan simple como que un condensador este cargado o descargado.

bit wikipedia

Una agrupación de 8 bits (byte) ya permite representar todo tipo de información como las letras del alfabeto y los dígitos del cero al nueve. Extrapolar este sistema a la computación cuántica, presenta las primeras dificultades. "Un átomo simple no se comporta como un bit clásico. Puede estar tanto en cero como en uno como en los dos estados a la vez: Es el qubit (Quatum Bit) ", afirma Mariano Baig, del grupo de información cuántica de la Universidad Autónoma de Barcelona.

"En un solo Qbit- Continua el físico- Se podría almacenar una cantidad ilimitada de información, jugando con los coeficientes de la súper posición cuántica de los estados 0 y 1". Esta manifestación del principio de súper posición cuántica potenciaría la capacidad de computación hasta limites abrumadores. Y es mas, teóricamente seria posible preparar las partículas para registrar los infinitos estados existentes entre el 0 y el 1. Las desorbitadas posibilidades que ofrecería un ordenador de este tipo se potenciaría aun mas por un extraño fenómeno cuántico: El entrelazamiento.

La intuición humana, acostumbrada al mundo básico conduce confusiones en el mundo cuántico, y el entrelazamiento (entalgenment) en ingles, es un claro ejemplo de ello. Esta propiedad implica correlaciones entre sistemas cuánticos que no tienen un análogo clásico y que dificultan su comprensión. "Si tu y yo compartimos un par de partículas- o qbits- que hemos manipulado para dejarlo en un estado entrelazado, y cada uno nos llevamos una separándolas tanto cuanto queramos, cuando las observemos encontraremos que están todavía relacionadas de alguna manera", explica Vicente Martín, del grupo de computación cuántica de la facultad de informática de la Universidad politécnica e Madrid (UPM), España.

Es como si acuñamos dos monedas y las llevamos a distintos países: estén a la distancia que estén, si las tiramos al aire las dos darán siempre el mismo resultado, ya sea cara o cruz. Esta propiedad permite poner a trabajar a los Qbits como un ingente conjunto de ordenadores en paralelo, aumentando su capacidad de almacenamiento y procesamiento de información a niveles extraordinarios. ( Un computador cuántico que actuase sobre unos cientos de átomos podría realizar simultáneamente mas computaciones que el numero de átomos presentes en el universo visible), apunta un experto en información cuántica PRISILA García Fernández del instituto de óptica del CSIC, en Madrid.

un gran obstáculo de coherencia

Desde los inicios de la mecánica cuántica se conoce la extraña interacción existente entre un estado cuántico y su entorno: Cualquier modificación del mismo transforma el sistema cuántico. De esta forma, si pretendemos observar el estado de un qbit cambiaremos automáticamente su estado, porque no es posible realizar dicha observación sin alterar el entorno. Entonces, es imposible operar con qbit.

Los expertos del grupo de computación cuántica afirman en un manifiesto conjunto que no, porque "Existen códigos de errores cuánticos", algo sorprendente si tomamos en cuenta que no se puede observar el estado cuántico. Se ha demostrado "-añaden- que la computación cuántica tolerante a fallos es viable por debajo de un determinado umbral de ruido", que en términos cuánticos se denomina de coherencia. Si se consigue que los cambien en el sistema cuántico sean mínimo, es decir, que la de coherencia permita realizar operaciones con una identidad razonable, no hay ninguna ley física que impida la construcción de un ordenador de este tipo.

El principal obstáculo para hacer actualmente un ordenador cuántico es la de coherencia", afirma uno de los pioneros de esta campo científico David Deutsch, Físico de la universidad de Oxford Inglaterra.

"Una vez superado estoy seguro de que será construido -añade- aunque todavía estamos a décadas de conseguir uno. La mayoría de los científicos involucrados en las investigaciones coinciden en señalar que hay que esperar bastante tiempo para gozar de la potencia de calculo de estos Supercomputadoras que sin duda, reportaría beneficios enormes a la sociedad. Los avances en su comprensión. –Dice Vicente martín- son avances de nuevos materiales, nuevos fármacos, nuevos procesos de síntesis química, nuevos dispositivos electrónicos, circuitos, censores, displays....". Cuanto menos esta tecnología a generado una nueva expectación en el ámbito científico, vislumbrándose como una nueva tecnología que cambiara al mundo dicho por la revista mit tecnology review.

una nueva forma de calcular

La computación cuántica ofrece, además de su enorme potencial operativo, una nueva forma de calcular basada en principios cuánticos. En 1994, Peter Shor de los laboratorios AT&T invento un algoritmo para ordenadores cuánticos capaces de factorizar grandes números en sus factores primos en tiempo insignificante frente a los ordenadores actuales.

Este descubrimiento tan solo seria una curiosidad si el problema que resuelve no fuera el pilar sobre el que esta construido unos de los sistemas de protección de datos mas usado en el mundo: El RSA (Rivest Shamid Adleman). Utilizando el algoritmo de Shor, un ordenador cuántico podría descifrar información militar oculta tras una clave de 1024 bits en cuestión de horas, cuando utilizando nos 8000 ordenadores tardaríamos mas de 800 millones de años actualmente.

De esta forma el nacimiento del ordenador cuántico significaría la destrucción de la criptografía actual, pero también el nacimiento de la criptografía cuántica, mucho mas segura e inviolable. De hecho, ya existe una empresa que comercializa dispositivos criptográficos basados en las leyes de la mecánica cuántica.

Otro de los algoritmos cuánticos mas conocidos es el creado por LOV Grover, también de AT&T, capaz de buscar a una velocidad increíble en una base de datos. De momento, los clientes mas interesados en esta tecnología son las agencias gubernamentales y de seguridad, asi como los bancos e institutos de investigación, pero hace falta crear mas algoritmos cuánticos, algo extremadamente difícil por la complejidad que exige recrear un sistema así.

Ordenadores cuánticos de algunas decenas de Qbits seria ya útiles para simular los propios sistemas cuánticos que requieren enormes esfuerzos computacionales en los ordenadores clásicos actuales, confirma mariano baig. Si se consiguen crear mas algoritmos, es posible que s llegue a configurar algún día un ordenador cuántico de carácter general, pero en caso contrario se limitaría a explotar su enorme potencia en determinadas operaciones complejas.

el infinito puede desplegar todas las posibilidades


una tecnología en desarrollo

El campo de la computación e informática cuántica no ha hecho mas que comenzar y ya ha obtenido resultados fundamentales. Hasta ahora el contexto en el que se han realizado la mayoría de las implementaciones de algoritmos complejos o núcleos básicos de los mismos es la resonancia magnética nuclear sobre moléculas en esta liquido.

Las trampas de iones también han sido empleadas para realizar pequeños sistemas cuánticos, pero el futuro parece encontrarse en otros soportes. "Los dispositivos de estado sólido son posiblemente los mas prometedores hacia la construcción de un ordenador cuántico escalable(ampliable). Ya estén basados en la nanotecnología o en microelectrónica, se beneficiarían de todo el conocimiento y saber hacer de la industria de semiconductores, opinan los investigadores. De momento hay muchas propuestas pero ninguna realización completa, a pesar de que ha habido avances muy importantes, añaden.

El camino hacia la construcción del ordenador cuántico esta produciendo una gran cantidad de beneficios derivados del mejor conocimiento de los sistemas cuánticos, y tan solo es cuestión de tiempo conseguir ascender los peldaños que nos separan de esta maquina. "Hay muchas calzadas por explorar, muchas elecciones, muchas nuevas noticias por encontrar, pero el tiempo en vital para poder recorrer este camino, recalca Franco Nori, jefe del laboratorio del laboratorios digitales de instituto de investigación física química (RIQUEN) Japonés.

El numero de investigadores institutos inmersos en el mundo cuántico es cada vez mayor, y mas cuando se trata de un área de investigación tan extensa y diversa. "Es un área multidisciplinar con influencias que van desde la arquitectura de ordenadores hasta la física fundamental, pasando por las comunicaciones, la criptografía, las matemáticas, la microelectrónica y las nanotecnología por citar una pocas", anota Vicente Martín. Todavía habrá que esperar muchos años para gozar de estas maravillas cuánticas sobre las mesas que ahora ocupa nuestro PC, aunque nunca se sabe: puede que alguien invente mañana un dispositivo mágico, parecido a lo que significo hace décadas el transistor con respecto al sistema de válvulas que sea la base de la futura computación cuántica.


premio a un revolucionario de la informática

El Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica recae en el catalán Juan Ignacio Cirac por sus trabajos en encriptación de mensajes .Juan Ignacio Cirac, jefe del departamento de óptica cuántica del Instituto Max Planck

El jurado del Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica otorgó ayer el prestigioso galardón al físico catalán, Juan Ignacio Cirac Sasturain, que está considerado el padre de la computación cuántica y como uno de los científicos españoles que pueden presumir de ser la referencia mundial en su campo de trabajo.


estados unidos va por la tecnología cuántica

Tres entidades se unieron para crear un instituto de investigación que buceará en el conocimiento de escala submicroscópica con miras a producir tecnología de punta. La nueva institución, conformada por veinte expertos de primer nivel, funcionará en la Universidad de Maryland y contará con un presupuesto anual de seis millones de dólares.

La Universidad de Maryland, el Departamento de Comercio del Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) y el Organismo Nacional de Seguridad (NSA) de Estados Unidos acaban de anunciar la creación de un instituto de investigación conjunta orientado a avanzar en la investigación en física cuántica, rama de la física que estudia el comportamiento de las partículas más pequeñas de la materia.

El nuevo centro, denominado Joint Quantum Institute (JQI), se propone descifrar los secretos de la naturaleza a escala submicroscópica y explotar ese conocimiento para que la tecnología cuántica deje de ser una inquietante promesa y se transforme en realidad concreta, según informó la Universidad de Maryland en un comunicado de prensa.

"El mundo está a punto de vivir una nueva revolución tecnológica, en la medida en que las propiedades de escala atómica de la física cuántica comienzan a ser importantes y explotables a escala humana para la ciencia y la tecnología de la información", manifestó C. D. Mote Jr., presidente de la Universidad, una de las diez más reconocidas en Estados Unidos por sus logros en el área.

El JQI reunirá a investigadores de distintas disciplinas, como física atómica, molecular y óptica, física de la materia condensada y ciencia de la información cuántica, para profundizar el conocimiento de los fenómenos cuánticos. Desarrollará sus actividades en el campus de la Universidad, ubicada en las afueras de Washington. El staff del JQI estará compuesto por veinte científicos, incluido el premio Nóbel de Física 1997, William D. Phillips. Los investigadores contarán con un presupuesto anual de unos seis millones de dólares y se dedicarán, entre otras tareas, a desarrollar una computadora cuántica que funcione a partir del movimiento giratorio del núcleo de átomos de fósforo. Se espera que en el futuro las computadoras cuánticas puedan realizar ciertos cálculos mucho más rápido que las actuales, consumiendo además menor cantidad de energía.


la realidad cuántica revoluciona el mundo de la información

El uso de partículas elementales superpuestas impulsa una criptografía impenetrable y los ordenadores cuánticos

Un nuevo concepto de información, basado en la naturaleza cuántica de las partículas elementales, abre posibilidades inéditas al procesamiento de datos. La nueva unidad de información es el qubit, que representa la superposición de 1 y 0, una cualidad imposible en el universo clásico que impulsa una criptografía impenetrable y los ordenadores cuánticos.


física computacional

Se denomina Física computacional a una rama de esta ciencia que se centra en la elaboración de modelos por ordenador de sistemas con muchos grados de libertad. En general, se efectúan modelos microscópicos en los cuales, las "partículas" obedecen a una dinámica simplificada, y se estudia el que puedan reproducirse las propiedades macroscópicas a partir de este modelo muy simple de las partes constituyentes.

La manera en que se realizan las simulaciones es resolviendo las ecuaciones que gobiernan el sistema, por lo general son grandes sistemas de ecuaciones diferenciales ordinarias o ecuaciones diferenciales a derivadas parciales, que no pueden ser resueltos de manera analítica.

A menudo, la dinámica simplificada de las "partículas" tiene cierto grado de aleatoriedad. En general, esta vertiente se denomina Método de Monte Carlo (Para los curiosos, el nombre le viene por los casinos de Monte Carlo; una forma jocosa de recordar que el método usa la aleatoriedad.

Otras simulaciones se basan en que la evolución de una "partícula" en el sistema depende, exclusivamente, del estado de las partículas vecinas, y se rige mediante reglas muy simples y, en principio, determinadas. A esto se le llama simulaciones con Autómatas celulares. Un ejemplo clásico, aunque más matemático que físico, es el famoso Juego de la vida, ideado por John Conway.

La Física computacional tiene sus aplicaciones más relevantes en Física del estado sólido (magnetismo, estructura electrónica, dinámica molecular, cambios de fase, etc...), Física No Lineal, Dinámica de fluidos y Astrofísica (simulaciones del Sistema solar, por ejemplo.

Las simulaciones que se realizan en física computacional requieren gran capacidad de calculo por lo que por en muchos casos es necesario utilizar supercomputadores o clusters de computadores en paralelo.


procesadores

En 2004, científicos del Instituto de Física aplicada de la Universidad de Bonn publicaron resultados sobre un registro cuántico experimental. Para ello utilizaron átomos neutros que almacenan información cuántica, por lo que son llamados cubits por analogía con los bits. Su objetivo actual es construir una puerta cuántica, con lo cual se tendrían los elementos básicos que constituyen los procesadores, que son el corazón de los computadores actuales. Cabe destacar que un chip de tecnología VLSI contiene actualmente más de 100.000 puertas, de manera que su uso práctico todavía se presenta en un horizonte lejano.


transmisión de datos

Científicos de los laboratorios Max Planck y Niels Bohr publicaron, en noviembre de 2004, en la revista Nature, resultados sobre la transmisión de información cuántica, usando la luz como vehículo, a distancias de 100 km. Los resultados dan niveles de éxito en las transmisiones de 70 %. Lo que representa un nivel de calidad que permite utilizar protocolos de transmisión con autocorrección.

Actualmente se trabaja en el diseño de repetidores, que permitirían transmitir información a distancias mayores a las ya alcanzadas.

una sola computadora podría cambiar el mundo, el espionaje financia la creación de esta"supermáquina"

Gran Bretaña invierte millones de dólares anualmente para construir una "supercomputadora" cuántica y desarrollar una tecnología que diste en gran medida de las ofrecidas por los otros países.

El proyecto, financiado por la agencia de espionaje más poderosa de Gran Bretaña, el Government Communications Headquearters, es uno de los objetivos más ambiciosos de la historia británica, según confirmó un científico experto en matemática y física cuántica que trabaja en él.
La meta del proyecto es encontrar lo antes posible una fórmula que pueda utilizar una computadora para llevar al cabo operaciones nunca hechas por ningún gobierno o empresas privadas.
Lo esencial del proyecto es la velocidad de los procesos computacionales. "Ahí está el secreto de todo; si podemos hacer algo en micronésimas de segundo, como por ejemplo lanzar un misil, una bomba o modificar el valor de un centro financiero, podremos cambiar la faz terrestre".
"Imagínese las consecuencias que podría tener esto para la seguridad nacional de cualquier país", concluyó el científico. Gran Bretaña y Estados Unidos son los dos países que han iniciado el plan.


estados Unidos se plantea prohibir la exportación de ordenadores cuánticos           noviembre 05

Cuando aún ni siquiera se ha construido un verdadero ordenador cúantico, los legisladores estadounidenses ya se plantean prohibir su exportación.

Un comité consultivo federal estadounidense se reunió ayer miércoles con IBM para evaluar si la tecnología cuántica es actualmente lo suficientemente práctica como para ser regulada por el gobierno.

Actualmente existen prototipos de laboratorio, rústicos y escasamente operativos, pero si se construyese un modelo a gran escala este podría romper cualquier tipo de código criptográficos con suma facilidad.

Y es que aunque la guerra fría haya acabado la exportación de computadoras de "gran rendimiento" está todavía sujeta a la legislación estadounidense.

Para hoy jueves hay otra sesión planificada, esta vez a puerta cerrada.

Siempre que los avances científicos y tecnológicos se producen con esta rapidez, el entusiasmo por seguir adelante no deja lugar a una cavilación acerca de los pro y los contras que puede provocar.

Un caso histórico es la Revolución Industrial. En la vorágine de construir las mejores máquinas, los científicos de la época dejaron de lado el factor contaminación ambiental, ignorando que, un siglo más tarde, el haber utilizado máquinas a vapor inició un proceso prácticamente irreversible de calentamiento global y contaminación atmosférica.

Otro caso más que clásico es la fórmula de la Teoría de la Relatividad, que abrió camino a dos aplicaciones bien polarizadas y antagónicas: el uso de la medicina atómica para salvar vidas, y la construcción de bombas atómicas para destruirlas.

Y parece ser que el hombre no aprende de sus errores, porque en el afán de ver "hasta dónde podemos llegar", los genetistas y otros científicos de hoy anuncian día a día orgullosamente sus nuevas hazañas, sin tener en cuenta las consecuencias no sólo ambientales, sino también éticas y morales.

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