En un mundo en el que dependemos cada vez más de la computación, para compartir nuestra información y almacenar nuestros datos más preciados, la idea de vivir sin computadoras puede desconcertar a la mayoría de las personas.
Pero si continuamos siguiendo la tendencia que ha existido desde que se introdujeron las computadoras, para 2040 no tendremos la capacidad de alimentar (de electricidad) todas las máquinas en todo el mundo, según un informe reciente de la Asociación de la Industria de Semiconductores.
Para evitar esto, la industria se centra en encontrar formas de hacer que la informática sea más eficiente en términos de energía, pero las computadoras clásicas están limitadas por la cantidad mínima de energía que les lleva realizar una operación.
Este límite de energía lleva el nombre de Rolf Landauer, de IBM Research Lab, quien en 1961 descubrió que en cualquier computadora, cada operación de un solo bit debe usar una cantidad mínima absoluta de energía. La fórmula de Landauer calculó el límite más bajo de energía requerido para una operación de computadora, y en marzo del 2017 los investigadores demostraron que podría ser posible fabricar un chip que opere con esta energía más baja.
Fue llamado un "avance para la computación eficiente en energía" y podría reducir la cantidad de energía utilizada en las computadoras en un factor de un millón. Sin embargo, pasará mucho tiempo antes de que veamos la tecnología utilizada en nuestras computadoras portátiles; e incluso cuando lo sea, la energía seguirá estando por encima del límite de Landauer.
Esta es la razón por la que, a largo plazo, las personas recurren a formas de informática radicalmente diferentes, como la computación cuántica, para encontrar formas de reducir el consumo de energía.
Pero, ¿Qué es la computación cuántica?
La computación cuántica aprovecha la extraña capacidad de las partículas subatómicas para existir en más de un estado en cualquier momento. Debido a la forma en que se comportan las partículas más pequeñas, las operaciones pueden realizarse mucho más rápidamente y usar menos energía que las computadoras clásicas.
En la computación clásica, un bit es una sola pieza de información que puede existir en dos estados: 1 o 0. La computación cuántica utiliza bits cuánticos, o "cúbits" en su lugar. Estos son sistemas cuánticos con dos estados. Sin embargo, a diferencia de un bit habitual, pueden almacenar mucha más información que solo 1 o 0, porque pueden existir en cualquier superposición de estos valores.
"Tradicionalmente, los cúbits se tratan como objetos físicos separados con dos posibles estados distinguibles, 0 y 1"
..dijo Alexey Fedorov, físico del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, y añadió
"La diferencia entre los bits y cúbits clásicos es que también podemos preparar cúbits en una superposición cuántica de 0 y 1 y crear estados correlativos no triviales de un número de cúbits, los llamados 'estados entrelazados'".
Un cúbit se puede considerar como una esfera imaginaria. Mientras que un bit clásico puede estar en dos estados, en cualquiera de los dos polos de la esfera, un cúbit puede ser cualquier punto de la esfera. Esto significa que una computadora que usa estos bits puede almacenar una gran cantidad de información con menos energía que una computadora clásica.
Por si no me entendiste
¿Qué avances han habido hasta ahora en la computación cuántica?
En el 2016, un equipo de científicos de Google y la NASA descubrió que una computadora cuántica de onda D era 100 millones de veces más rápida que una computadora convencional. Pero mover la computación cuántica a una escala industrial es difícil.
IBM anunció recientemente que su división Q está desarrollando computadoras cuánticas que se pueden vender comercialmente en los próximos años. Se crearán sistemas informáticos cuánticos comerciales con "50 cúbits" en los próximos años ", afirma IBM. A su vez que los investigadores en Google, en la pieza de comentario de Nature, dicen que las empresas podrían comenzar a hacer uso de los elementos de la tecnología informática cuántica en los próximos cinco años.
Los cálculos ocurren cuando los cúbits interactúan entre sí, por lo tanto, para que una computadora funcione, necesita tener muchos cúbits. La razón principal por la cual las computadoras cuánticas son tan difíciles de fabricar es que los científicos todavía no han encontrado una manera simple de controlar sistemas complejos de cúbits.
Ahora, científicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú y del Russian Quantum Center están buscando una forma alternativa de computación cuántica. No contentos con los cúbits individuales, los investigadores decidieron abordar el problema de la computación cuántica de otra manera.
"En nuestro enfoque, observamos que la naturaleza física nos permite emplear objetos cuánticos con varios estados distinguibles para el cálculo cuántico", dijo Fedorov, uno de los autores del estudio.
El equipo creó cúbits con varios "niveles" de energía diferentes, que han nombrado cúdits. La "d" representa la cantidad de diferentes niveles de energía que puede tomar el cúdit. El término "nivel" proviene del hecho de que típicamente cada estado lógico de un cúbit corresponde al estado con un cierto valor de energía, y estos valores de energías posibles se llaman niveles.
"En cierto sentido, podemos decir que un cúidit, objeto cuántico con d estados posibles, puede consistir en varios cúbits 'virtuales', y cúdit operativo corresponde a la manipulación con los cúbits 'virtuales', incluida su interacción", continuó Federov. "Desde el punto de vista de la teoría de la información cuántica abstracta, todo sigue igual, pero en la implementación física concreta el sistema de muchos niveles representa un recurso potencialmente útil".
Las computadoras cuánticas ya están en uso, en el sentido de que las puertas lógicas se han hecho usando dos cúbits, pero el problema es lograr que las computadoras cuánticas funcionen a escala industrial.
"El progreso en ese campo es bastante rápido, pero nadie puede prometer nada cuando utilicemos ampliamente la computación cuántica", dijo Fedorov.
Estos pulsos de luz configurables extremadamente cortos podrían llevar a que las computadoras funcionen 100.000 veces más rápido de lo que lo hacen hoy en día. Los investigadores, incluidos los ingenieros de la Universidad de Michigan, ahora pueden controlar los picos dentro de los pulsos de láser de solo unos pocos femtosegundos (un cuadrillón de segundo) de largo. El resultado es un paso hacia la "electrónica de onda de luz" que eventualmente podría conducir a un gran avance en la computación cuántica.
La computación cuántica y el espacio exterior
Un extraño descubrimiento reveló recientemente que los átomos de helio frío en condiciones de laboratorio en la Tierra cumplen con la misma ley de entropía que rige el comportamiento de los agujeros negros.
La ley, desarrollada por primera vez por el profesor Stephen Hawking y Jacob Bekenstein en la década de 1970, describe cómo la entropía, o la cantidad de desorden, aumenta en un agujero negro cuando la materia cae en él. Ahora parece que este comportamiento aparece en las enormes escalas del espacio exterior y en la pequeña escala de átomos, específicamente aquellos que componen el helio superfluido.
"Se llama ley de enmarañamiento. Señala una comprensión más profunda de la realidad y podría ser un paso significativo hacia una teoría cuántica de la gravedad buscada hace mucho tiempo y nuevos avances en computación cuántica. "
-Adrian Del Maestro, físico de la Universidad de Vermont
¿Cuáles crees que serán las posibilidades de esta nueva tecnología? y ¿Cuándo esperas tener tu primera computadora cuántica?
Gracias por leer. Siempre un placer, @michaelizer.
Fuente: Wired - Inside the weird world of quantum computers