COMPUTACIÓN CUÁNTICA (Conclusión)
En este último artículo sobre la computación cuántica haremos una breve recapitulación sobre sus fundamentos; también revisaremos el estado actual de su desarrollo.
1.- ¿Cómo podríamos resumir los efectos cuánticos aplicados a la computación?.
Una computadora cuántica hace uso del cómputo en paralelo mediante el empleo de bits cuánticos (qubits). Ya vimos que una partícula subatómica puede estar en varios niveles energéticos a la vez; en este sentido, puede representar al mismo tiempo los dos valores posibles de un bit (0 "cero" o 1 "uno"). Es como si el qubit existiera en dos universos paralelos: en uno como "cero" y en el otro como "uno".
Una misma operación efectuada sobre un qubit se realizaría en forma simultánea en ambos universos (sobre ambos valores). Mientras mayor sea el número de qubits utilizados, el número de universos posibles también aumenta (# universos = 2ÙL, donde 2ÙL significa elevar 2 a la potencia L, y L es el número de qubits).
Una vez efectuada una operación sobre los diferentes valores, es necesario leer el resultado lo cual representa una interacción que necesariamente modificará el estado de nuestro sistema de qubits y lo obligará a tomar un valor definido (recuérdese el principio de incertidumbre de Heisenberg comentado en el primer artículo).
Ciertamente nuestro resultado estará representado por un solo valor (un estado de nuestro sistema de qubits); pero este resultado se desprende de una operación efectuada sobre 2ÙL valores y por tanto depende lógicamente de ellos.
2.- ¿Entonces el computador cuántico hará mejor las cosas que las computadoras actuales?
No necesariamente. Por ejemplo, las computadoras actuales son muy buenas para multiplicar grandes números; el computador cuántico no lo hará mucho mejor. Sin embargo aquellas operaciones que requieran de operaciones repetitivas, pueden hacer uso del cómputo en paralelo:
La factorización de grandes números : Una computadora actual se estima que tardaría varios miles de millones de años para factorizar un número de 1000 dígitos, mientras que un computador cuántico lo haría en ¡20 minutos!.
La búsqueda en bases de datos : Las búsquedas en bases de datos no ordenadas se realizan actualmente al azar (ningún algoritmo es más eficiente) y para localizar un dato en especial se requiere en promedio de N/2 intentos, donde N es el número total de datos. Un computador cuántico podría realizar lo anterior en un número de intentos igual a la raíz cuadrada de N. Así por ejemplo si N es igual a un millón, una computadora actual tendría que intentar 500,000 veces, mientras que el computador cuántico lo haría sólo 1,000 veces.
3.- ¿Que tan cerca estamos de contar con un computador así.?
Se han hechos grandes progresos, sin embargo aún existen grandes dificultades técnicas. Así por ejemplo, la superposición cuántica (la capacidad de un qubit de existir en dos universos paralelos) es difícil de obtener y mantener ya que cualquier interacción con el exterior obligará al qubit a adoptar un valor definido (fenómeno conocido como "decoherencia").
Por otro lado, el qubit no puede ser construido a partir del transistor ya que este es un elemento que sólo funciona en las computadoras actuales; más bien se deben utilizar partículas o sistemas de partículas que manifiesten el fenómeno de la interferencia cuántica.
En este sentido, se han hecho diversos experimentos:
Puntos Cuánticos (quantum dots) : Consiste básicamente en un electrón atrapado dentro de un conjunto de átomos (jaula de átomos), el cual, mediante un rayo láser de una frecuencia específica, se traslada de su estado no excitado ("cero") a su estado excitado ("uno") y viceversa. Si la duración de la exposición al láser es igual a la mitad del tiempo requerido para cambiar el nivel energético del electrón, este adquiere un estado de superposición de sus dos valores posibles.
Moléculas Líquidas: En esta técnica se utilizan grupos de moléculas, en lugar de una partícula elemental. Al ser sometidos a un campo magnético, los núcleos de las moléculas giran en una determinada dirección que puede ser utilizada para describir su estado (giro hacia arriba = "uno", giro hacia abajo = "cero"). Mediante señales de radiofrecuencia, el giro puede modificarse.
En este sentido, el computador cuántico vendría a estar representado por las moléculas, y los qubits por los núcleos. ¡Se piensa que la molécula de la cafeína sería un buen computador!
Atomos de Cesio: Recientemente (Marzo del 2000), se han hecho pruebas en las que en lugar de utilizar varios qubits, se utiliza un solo átomo capaz de adoptar varios estados de energía para guardar y recuperar información. También se utilizan aqui pulsos de láser para obtener la superposición.
En abril del 2000 se ha propuesto un computador cuántico escalable que podría contener más de 10 qubits, utilizando iones (átomos con carga eléctrica).
4.- Conclusión
Conforme la miniaturización de los componentes de la computadora continúe, llegará el momento en que los fenómenos que estudia la física cuántica tengan que ser tomados en cuenta en la construcción de nuevas computadoras. En este sentido, la miniaturización en base a los componentes actuales tiene un límite definido por la aparición de estos fenómenos.
Una alternativa para este problema es el aprovechamiento de la interferencia cuántica para construir un nuevo tipo de computadora: el computador cuántico, que haga uso de nuevos algoritmos y nuevos tipos de "hardware". El trabajo teórico permite suponer que es posible construir este tipo de computador, y de hecho ya se han inventado los primeros algoritmos.
Sin embargo, aunque se han hecho experimentos alentadores utilizando electrones y moléculas; el fenómeno de la "decoherencia" no ha podido ser resuelto satisfactoriamente por lo que la realización práctica de la nueva computadora resulta aún un tanto incierta, aunque algunos científicos piensan que antes de 10 años se podrá contar con el primer procesador cuántico.
Para mayor información sobre este tema, le sugerimos visitar http://www.qubit.org/index.html
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