Se acerca la revolución cuántica de la informática

Los científicos auguran que el futuro de la informática está en una gotita de cloroformo. Los investigadores de IBM, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, siglas en ingles), la Universidad de California en Berkeley y la Universidad de Oxford en el Reino Unido anunciaron recientemente que habían conseguido fabricar el primer ordenador basado en los principios de la mecánica cuántica, rama de la física que describe el estrafalario mundo de partículas subatómicas, en el que el sí y el no pueden ser verdaderos al mismo tiempo.Los científicos consiguieron lo que se lleva trabajando mucho tiempo: fueron capaces de crear un original ordenador en el que el procesador consistía en los átomos de hidrógeno y cloro del cloroformo, y lo utilizaron para ordenar una lista desorganizada de artículos.

El descubrimiento ha desencadenado una ola de entusiasmo entre los físicos y los científicos informáticos, y está llevando a docenas de centros de investigación de todo el mundo a realizar experimentos similares que auguran el advenimiento de una era de ordenadores denominados cuánticos, máquinas especializadas que posiblemente un día sean miles o millones de veces más rápidas que los superordenadores más potentes de hoy.

Aplicaciones

"Es un paso importante", declara Richard J. Hughes, físico que dirige un equipo de informática cuántica en el Laboratorio Nacional de Los Álamos. "Lo fascinante es que ahora han demostrado el algoritmo más simple en un ordenador cuántico". Quedan obstáculos importantes por superar antes de que los ordenadores cuánticos se puedan utilizar para problemas generales, explica Hughes. Pero se ha avanzado lo suficiente como para augurar importantes aplicaciones.En busca de herramientas más poderosas para descifrar códigos o explorar bases de datos grandes, empresas informáticas como IBM y Hewlett Packard ya están formando equipos de investigadores para trabajar con una generación de sistemas informáticos cuánticos que puedan entrar en funcionamiento en la segunda década del próximo siglo. Muchos expertos consideran que por esas fechas las tecnologías convencionales alcanzarán sus límites físicos.

Los transistores han ido disminuyendo constantemente de tamaño y los procesadores han ganado en velocidad y potencia. Pero los diseñadores de semiconductores piensan que los transistores empezarán a fallar cuando se acerquen al tamaño de un puñado de moléculas, posiblemente después del 2010.

Los nuevos avances en la informática cuántica son especialmente impresionantes, porque hace tan sólo dos años la inmensa mayoría de los investigadores de este campo opinaba que la informática cuántica era una posibilidad teórica pero no práctica.

A diferencia de los ordenadores convencionales actuales, constituidos por series de millones de interruptores digitales que pueden accionarse y desconectarse rápidamente, los ordenadores cuánticos están compuestos de unidades llamadas q-bits, del tamaño de una molécula. Mientras que los transistores de hoy en día representan un 1 o un 0, un q-bit puede representar 1, 0 o muchos otros estados simultáneamente.

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Los físicos cuánticos lo denominan superposición, y potencialmente se da un número infinito de superposiciones posibles. Mientras que un bit de un ordenador clásico puede ser o blanco o negro, un q-bit podría adoptar simultáneamente todos los colores del espectro. Un ordenador cuántico podría realizar muchos cálculos al mismo tiempo.

El año pasado, varios grupos tuvieron la idea de emplear las técnicas de la resonancia magnética nuclear (que se usa para estudiar la estructura de las moléculas y para medir campos magnéticos) para superar un escollo básico: cómo introducir información en un ordenador cuántico, y cómo leerla. Según las reglas cuánticas, la observación tiende a alterar el resultado de un acontecimiento cuántico. Leer la información que ofrece un ordenador destruiría la superposición que lo hace funcionar. Pero utilizando las técnicas de la resonancia magnética para observar enormes cantidades de moléculas a un tiempo, se pueden eliminar los efectos destructivos del control cuántico.

En 1996, Isaac L. Chuang, de de IBM, y Gershenfeld y Mark G. Kubinec, de la Universidad de Berkeley, se propusieron construir un simple ordenador cuántico capaz de efectuar un algoritmo de búsqueda diseñado por Lov V. Grover, de los Laboratorios Bell. Los investigadores consiguieron crear q-bits a partir de los átomos de hidrógeno y cloro del cloroformo. Mediante técnicas para alinear los núcleos, obligaron a las moléculas a comportarse como ordenadores y leyeron los resultados mediante técnicas de resonancia magnética.

El programa de clasificación con el que trabajaron se conoce como algoritmo Grover de búsqueda. Es semejante a abrir cuatro puertas diferentes para encontrar un balón escondido tras una de ellas. Con un ordenador convencional sería necesario abrir, por término medio, más de dos puertas para encontrar el balón. Un ordenador cuántico, explica Chuang, es capaz de abrir las cuatro puertas y localizar el balón en un solo paso.

"Instantánea" de Internet

Una aplicación práctica para tal algoritmo de búsqueda podría ser el aumento de la velocidad para encontrar una palabra escondida entre todos los datos almacenados en la red mundial de Internet, dice. No hace mucho, los investigadores de IBM hicieron una especie de instantánea de toda la red, más de ocho billones de bytes en datos. Para buscar la palabra utilizando un ordenador convencional se precisaría todo un mes, afirma Chuang. Pero utilizando un ordenador cuántico sencillo sólo se necesitarían 27 minutos.Los investigadores estudian ya la posibilidad de coprocesadores cuánticos similares a los coprocesadores matemáticos y aceleradores de gráficos de uso específico de los ordenadores personales utilizados hoy en día. Las aplicaciones podrían incluir ordenadores capaces de buscar rápidamente en bases de datos inmensas, o de permitir a los descifradores de códigos atreverse con los sistemas criptográficos más impenetrables. Pese a los recientes avances, queda mucho por hacer para crear ordenadores cuánticos comercializables o científicamente útiles.

The New York Times