Villa Educación

Martes 21 de enero de 2020

COMPUTADORAS CUÁNTICAS

Ordenadores Clásicos

Un qubit es un bit que se encuentra en una superposición de estados, de forma que, entre comillas, "puede valer 1 y 0 a la vez"…

En 1947, aparece el transistor, un dispositivo electrónico que permitía regular y controlar el paso de la corriente eléctrica. Así, se inició el desarrollo de las actuales computadoras, al permitir transmitir impulsos eléctricos, es decir, bits de información. En 1959, aparece el primer chip o circuito integrado, lo que redujo el tamaño de los ordenadores al minimizar el cableado. La cuarta generación de computadoras aparecería en 1971 con la fabricación del primer microprocesador, el Intel 4004, formado por miles de chips, constituyendo así el elemento central del cálculo y procesado de la información.

En la primera década del siglo XXI, las computadoras más potentes han alcanzado los 1.75 petaflops, es decir, las 1,750 millones de operaciones por segundo, siendo su crecimiento exponencial.

Sin embargo, la tecnología actual permite fabricar pistas conductoras de 0.18 micras, 500 veces más delgadas que un cabello humano. Las capas de aislante que las separan pueden tener un espesor de cuatro o cinco átomos. La meta es poder crear pistas conductoras de 0.10 micras, con lo que los transistores poseerían tan solo 100 átomos cada uno. Pero al producir dimensiones tan pequeñas, las leyes de la física comienzan a perder validez y es donde la física cuántica entra en acción.

Procesadores Cuánticos

Estas computadoras cuánticas utilizan para procesar la información partículas individuales (como átomos, moléculas de tamaño atómico o fotones) que pueden trabajar en dos estados cuánticos, constituyendo así el bit cuántico o cubit’, con los que se forman la memoria y el procesador del ordenador. Los cubits interactúan unos con otros y pueden realizar ciertos tipos de cálculo avanzado con una velocidad exponencialmente mayor que las computadoras actuales. Una computadora de este tipo podría ejecutar todos los cálculos posibles de una sola vez ya que la unidad de energía de un procesador cuántico es capaz de realizar 10 cuatrillones más de operaciones en un segundo que el más poderoso procesador de la actualidad. Por ejemplo, la computadora cuántica sería capaz de descomponer en números primos códigos de seguridad de 400 dígitos en algunas horas. Operación que a una computadora actual le demandaría unos 15 mil millones de años.

En 2009, la empresa canadiense D-Wave Systems, conjuntamente con la NASA, desarrolló un ordenador cuántico de 128 cubits. Rainer contiene 128 dispositivos físicos (pequeños aros de metal niobidio) que a muy baja temperatura actúan como sistemas cuánticos con dos niveles (es decir, cubits) como consecuencia de la superconductividad.

Mediante el frío y un campo magnético variable, se logra la llamada «computación cuántica adiabática”. Puede ser programado mediante pulsos de radiofrecuencia y ser detectadas con instrumentos de resonancia magnética nuclear similares a los utilizados en hospitales y laboratorios químicos.

La potencia de Rainer es tal que si durante la ejecución de un algoritmo es capaz de entrelazar los 128 qubits (no ha sido demostrado por D-Wave Systems que se logre) entonces sería capaz de procesar o explorar “simultáneamente” estados diferentes del problema, casi el número de átomos que tiene la Tierra.

Límites Cuánticos

Sin embargo, los procesadores cuánticos también poseen un límite. Según científicos de la Universidad de Massachusetts en Boston, este crecimiento finalizará hacia el 2065, ya que el tamaño de los microprocesadores (cuanto más pequeño es su tamaño, mayor es su velocidad de procesamiento) no podrá ser más pequeño. Para obtener la cifra de esos límites, utilizaron una ecuación que calcula el periodo más pequeño de tiempo en el que un procesador cuántico podría realizar la más básica de las funciones: ese lapso será el límite último de cualquier computadora posible…