Se acerca la revoluci¨®n cu¨¢ntica de la inform¨¢tica

Los cient¨ªficos auguran que el futuro de la inform¨¢tica est¨¢ en una gotita de cloroformo. Los investigadores de IBM, del Instituto de Tecnolog¨ªa de Massachusetts (MIT, siglas en ingles), la Universidad de California en Berkeley y la Universidad de Oxford en el Reino Unido anunciaron recientemente que hab¨ªan conseguido fabricar el primer ordenador basado en los principios de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, rama de la f¨ªsica que describe el estrafalario mundo de part¨ªculas subat¨®micas, en el que el s¨ª y el no pueden ser verdaderos al mismo tiempo.Los cient¨ªficos consiguieron lo que se lleva trabajando mucho tiempo: fueron capaces de crear un original ordenador en el que el procesador consist¨ªa en los ¨¢tomos de hidr¨®geno y cloro del cloroformo, y lo utilizaron para ordenar una lista desorganizada de art¨ªculos.

El descubrimiento ha desencadenado una ola de entusiasmo entre los f¨ªsicos y los cient¨ªficos inform¨¢ticos, y est¨¢ llevando a docenas de centros de investigaci¨®n de todo el mundo a realizar experimentos similares que auguran el advenimiento de una era de ordenadores denominados cu¨¢nticos, m¨¢quinas especializadas que posiblemente un d¨ªa sean miles o millones de veces m¨¢s r¨¢pidas que los superordenadores m¨¢s potentes de hoy.

Aplicaciones

"Es un paso importante", declara Richard J. Hughes, f¨ªsico que dirige un equipo de inform¨¢tica cu¨¢ntica en el Laboratorio Nacional de Los ?lamos. "Lo fascinante es que ahora han demostrado el algoritmo m¨¢s simple en un ordenador cu¨¢ntico". Quedan obst¨¢culos importantes por superar antes de que los ordenadores cu¨¢nticos se puedan utilizar para problemas generales, explica Hughes. Pero se ha avanzado lo suficiente como para augurar importantes aplicaciones.En busca de herramientas m¨¢s poderosas para descifrar c¨®digos o explorar bases de datos grandes, empresas inform¨¢ticas como IBM y Hewlett Packard ya est¨¢n formando equipos de investigadores para trabajar con una generaci¨®n de sistemas inform¨¢ticos cu¨¢nticos que puedan entrar en funcionamiento en la segunda d¨¦cada del pr¨®ximo siglo. Muchos expertos consideran que por esas fechas las tecnolog¨ªas convencionales alcanzar¨¢n sus l¨ªmites f¨ªsicos.

Los transistores han ido disminuyendo constantemente de tama?o y los procesadores han ganado en velocidad y potencia. Pero los dise?adores de semiconductores piensan que los transistores empezar¨¢n a fallar cuando se acerquen al tama?o de un pu?ado de mol¨¦culas, posiblemente despu¨¦s del 2010.

Los nuevos avances en la inform¨¢tica cu¨¢ntica son especialmente impresionantes, porque hace tan s¨®lo dos a?os la inmensa mayor¨ªa de los investigadores de este campo opinaba que la inform¨¢tica cu¨¢ntica era una posibilidad te¨®rica pero no pr¨¢ctica.

A diferencia de los ordenadores convencionales actuales, constituidos por series de millones de interruptores digitales que pueden accionarse y desconectarse r¨¢pidamente, los ordenadores cu¨¢nticos est¨¢n compuestos de unidades llamadas q-bits, del tama?o de una mol¨¦cula. Mientras que los transistores de hoy en d¨ªa representan un 1 o un 0, un q-bit puede representar 1, 0 o muchos otros estados simult¨¢neamente.

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Los f¨ªsicos cu¨¢nticos lo denominan superposici¨®n, y potencialmente se da un n¨²mero infinito de superposiciones posibles. Mientras que un bit de un ordenador cl¨¢sico puede ser o blanco o negro, un q-bit podr¨ªa adoptar simult¨¢neamente todos los colores del espectro. Un ordenador cu¨¢ntico podr¨ªa realizar muchos c¨¢lculos al mismo tiempo.

El a?o pasado, varios grupos tuvieron la idea de emplear las t¨¦cnicas de la resonancia magn¨¦tica nuclear (que se usa para estudiar la estructura de las mol¨¦culas y para medir campos magn¨¦ticos) para superar un escollo b¨¢sico: c¨®mo introducir informaci¨®n en un ordenador cu¨¢ntico, y c¨®mo leerla. Seg¨²n las reglas cu¨¢nticas, la observaci¨®n tiende a alterar el resultado de un acontecimiento cu¨¢ntico. Leer la informaci¨®n que ofrece un ordenador destruir¨ªa la superposici¨®n que lo hace funcionar. Pero utilizando las t¨¦cnicas de la resonancia magn¨¦tica para observar enormes cantidades de mol¨¦culas a un tiempo, se pueden eliminar los efectos destructivos del control cu¨¢ntico.

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 cu¨¢ntico capaz de efectuar un algoritmo de b¨²squeda dise?ado por Lov V. Grover, de los Laboratorios Bell. Los investigadores consiguieron crear q-bits a partir de los ¨¢tomos de hidr¨®geno y cloro del cloroformo. Mediante t¨¦cnicas para alinear los n¨²cleos, obligaron a las mol¨¦culas a comportarse como ordenadores y leyeron los resultados mediante t¨¦cnicas de resonancia magn¨¦tica.

El programa de clasificaci¨®n con el que trabajaron se conoce como algoritmo Grover de b¨²squeda. Es semejante a abrir cuatro puertas diferentes para encontrar un bal¨®n escondido tras una de ellas. Con un ordenador convencional ser¨ªa necesario abrir, por t¨¦rmino medio, m¨¢s de dos puertas para encontrar el bal¨®n. Un ordenador cu¨¢ntico, explica Chuang, es capaz de abrir las cuatro puertas y localizar el bal¨®n en un solo paso.

"Instant¨¢nea" de Internet

Una aplicaci¨®n pr¨¢ctica para tal algoritmo de b¨²squeda podr¨ªa 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 instant¨¢nea de toda la red, m¨¢s de ocho billones de bytes en datos. Para buscar la palabra utilizando un ordenador convencional se precisar¨ªa todo un mes, afirma Chuang. Pero utilizando un ordenador cu¨¢ntico sencillo s¨®lo se necesitar¨ªan 27 minutos.Los investigadores estudian ya la posibilidad de coprocesadores cu¨¢nticos similares a los coprocesadores matem¨¢ticos y aceleradores de gr¨¢ficos de uso espec¨ªfico de los ordenadores personales utilizados hoy en d¨ªa. Las aplicaciones podr¨ªan incluir ordenadores capaces de buscar r¨¢pidamente en bases de datos inmensas, o de permitir a los descifradores de c¨®digos atreverse con los sistemas criptogr¨¢ficos m¨¢s impenetrables. Pese a los recientes avances, queda mucho por hacer para crear ordenadores cu¨¢nticos comercializables o cient¨ªficamente ¨²tiles.

The New York Times