La era cuántica


Quantumo Computer-TheDigitalArtist + Imaginary-Smimbipi | Pixabay
Quantumo Computer-TheDigitalArtist + Imaginary-Smimbipi | Pixabay

No, no es una cuasi infinita nave espacial sobrevolando varios planetas alienados, sino una placa de un ordenador cuántico y los mundos paralelos en los que se desarrolla.


Aún y eso, y como si nos encontrásemos ante una espectacular película de ciencia-ficción, el impacto que podría producir la computación cuántica en la Humanidad no es muy diferente a la que puede causar una hipotética presentación de seres extraterrestres o la confirmación de realidades alternativas posibles.


¿Qué es la información cuántica?


Toda realidad está bajo el radio de acción de un campo de información, de manera que esa realidad avanza en el tiempo, e incluso en el espacio, "leyendo" o "recibiendo” conocimiento, y el propio acto del conocimiento tiene capacidad para constituir o modificar la realidad, sin tener que necesariamente se tenga que adecuar a nuestra percepción del mundo físico ni a nuestra manera de comprenderlo.


La información, por tanto, es el hilo conductor que conecta fenómenos e interacciones desde lo microscópico (por ejemplo, energía y materia) hasta lo macroscópico (por ejemplo, economía y sociedad... o el propio cosmos) y nos obliga a pensar de otra manera, dejando los prejuicios para abrir nuevos horizontes al pensar y al actuar.


El objetivo principal de la Información Cuántica es entender cómo se puede procesar información almacenada en partículas cuánticas gracias a su singularidad, lejos de las propiedades de la física tradicional.


¿Dónde está el origen?


CLAUDE SHANNON, en 1948, establece las bases de la teoría introduciendo LA ENTROPÍA DE SHANNON, mediante la que se resuelve el problema de la medición matemática de la información, a través de la unidad básica: el bit.


En continuidad, nombres como GILLES BRASSARD (informático) o CHARLES BENNETT (físico) empezaron, a finales de los años 70, a considerar la información como una entidad que podía ser tratada a través de las leyes de la física, o lo que es lo mismo, a ser acumulada, codificada, manipulada o modificada, partiendo de la premisa que el avance en la miniaturización de los dispositivos nos permitiría transmitir y almacenar toda esa información en partículas atómicas a escala microscópica.


A través de su informe BB84 (las iniciales de los investigadores y el año de publicación) presentaron la invención de LA CRIPTOGRAFÍA CUÁNTICA con el fin de preservar la confidencialidad en las comunicaciones.


De forma sencilla se podría explicar como un sistema para enviar mensajes en el que el tipo de información se altera si alguien la observa, impidiendo la “escucha de terceros”, es decir, la posibilidad a ser capturada o hackeada por alguien o la opción a ser copiada.


Hasta una década posterior no se le dio una importancia capital puesto que en ese momento había otros sistemas de protección en la computación tradicional y fue gracias a PETER SHOR ya que planteó que un ordenador cuántico, por su capacidad de cálculo al factorizar números rápidamente, dejaría fuera de juego la seguridad en Internet.


Ese es el momento en el que realmente se da el pistoletazo de salida teórico del desarrollo de los ordenadores cuánticos.


En 2019, IBM presentó el Q SYSTEM ONE, el primer sistema de computación cuántica integrado del mundo y de uso comercial en la nube (IBM CLOUD):


Para proteger los delicados chips cuánticos, está metido en una urna hermética de cristal de 2,7 metros de ancho por 2,7 metros de alto. Esta estructura aísla al sistema del sonido (lejos de vibraciones), de la radiación electromagnética y cuenta con un sistema refrigerador que mantiene una temperatura estable cercana al cero absoluto (similar a la que se podría encontrar en el espacio exterior).


Antes de avanzar, vamos a considerar los temas de base.


¿Qué es la computación clásica?


Un método de cálculo con operaciones simples siguiendo instrucciones programadas, o a través de algoritmos (que no son otra cosa que operaciones más complejas, con combinaciones de las simples) que obtiene una solución que luego, a través de un código, ordena a una máquina para saber que acciones se deben realizar.


Buscando un símil, es como el libro de instrucciones de nuestra lavadora o de nuestro microondas, pero a lo grande.


En la computación tradicional, la información se transforma en números, a través de chips microscópicos, que actúan a manera de interruptores que funcionan con un sistema binario, transformándose en el número "1" cuando están encendidos, y el número "0", cuando están apagados.


Estas operaciones en un principio eran a partir de 4 bits, y luego subieron a 8 bits, de manera que se podían obtener hasta 255 caracteres únicos.


Lo recordarás si eres de los fans del PAC-MAN, LA LEYENDA DE ZELDA o de FINAL FANTASY donde el 255 era un número mágico y misterioso que hacía colapsar todo, y la razón está precisamente en este sistema binario, puesto que el valor más alto de 8 dígitos es el 255. AQUÍ LO PODÉIS VER.


Los procesadores han ido aumentando con el tiempo a 16, 32 y 64 bits, pero, en todo caso, son limitados, de forma que la programación tradicional acumula información siguiendo la matemática lineal, es decir, resolviendo problemas de uno en uno.


Cuando las operaciones se hacen más complejas, se tratan a través de secuencias y transistores que se conectan entre sí, almacenándose en registros o memorias temporales de circuitos electrónicos donde una puerta alimenta la entrada de otra y así sucesivamente, formando bits de información.


Cuanta más información a tratar, se necesitan más procesadores y poder de computación, además de más energía, hasta que se llega a un momento en el que se dan problemas intratables, porque no hay los recursos ni algoritmos suficientes que permitan resolverlos.


GORDON MOORE, cofundador de INTEL, planteó LA LEY DE MOORE, aunque más que una ley es una observación, mediante la cual sabes que, gracias a la revolución tecnológica y la miniaturización de los componentes electrónicos, el número de transistores se va duplicado exponencialmente con el tiempo en un circuito integrado o microprocesador.


Ley de Moore-Fundación General CSIC
Ley de Moore-Fundación General CSIC

Con esto llegaría un momento en que las computadoras cuánticas podrían resolver esos problemas intratables.


¿Qué es la Cuántica?


En física es la teoría que se encarga de los átomos y las partículas subatómicas, cuyo comportamiento es completamente distinto a la FÍSICA DE NEWTON o clásica.


Sin entrar en cuestiones como la dualidad onda-partícula, y otras cuestiones extremadamente singulares, en la cuántica el rasgo más conocido o popular es la SUPERPOSICIÓN, o lo que es lo mismo, la posibilidad a que una partícula esté en dos, o más lugares, a la vez, aunque si el fenómeno es observado, la superposición desaparece.


La explicación más sencilla es a través de un escenario donde un gato, encerrado en una cámara de acero, sometida a un átomo radioactivo, puede estar vivo o muerto, a la vez, y según se abre o no la caja.


Gato de Schrödinger-Geralt | Pixabay
Gato de Schrödinger-Geralt | Pixabay

Esta paradoja, que se conoce como EL GATO DE SCHRÖDINGER, se estableció en las discusiones sobre mecánica cuántica de la INTERPRETACIÓN DE COPENHAGUE (la ortodoxia predominante en 1935) donde participaba EINSTEIN, y para evidenciar el absurdo de dicha visión, contraría al sentido común.


Pero como ya dijimos la cuántica no se comporta de la misma manera que la física tradicional, y por eso se han seguido desarrollando teorías que dado lugar a numerosas interpretaciones:

  • La interpretación de muchos mundos donde ambas opciones son reales en diferentes ramas del universo, pero incapaces de interactuar por la DECOHERENCIA CUÁNTICA.

  • La interpretación del colapso objetivo, donde la superposición de estados se destruye cuando entran magnitudes físicas reales (por ejemplo, la gravedad o la temperatura).

  • La interpretación relacional dependiente del observador y el sistema.

  • La interpretación estadística donde se establece una combinación estadística de múltiples sistemas idénticos.

Y hoy se siguen con estos experimentos, que se han denominado como “estados felinos” en su honor, consiguiéndose resultados reales y efectivos con fotones o con un ion de berilio en un estado superpuesto, por no entrar en otras investigaciones que cuestionan seriamente lo que entendemos por realidad.

¿Ciencia-ficción?

Podríamos preguntarnos cuanto de todo esto conocen los guionistas de MARVEL viendo como introducen muchas de estas ideas en sus mundos distópicos, donde se entremezcla tecnología y filosofía en un campo aparentemente teórico que ellos llevan a la realidad, de la misma manera que lo hace la cuántica.

Entonces, ¿Podemos completar lo que se entiende por computación cuántica?

La informática cuántica emplea partículas subatómicas para evadir la limitación binaria (cadenas de "0" y "1" en serie, una detrás de otra).

La capacidad de procesamiento de un chip cuántico se mide en QUBITS, que pueden adoptar un estado de superposición, en el que existe el "0" y el "1" en paralelo, simultáneamente, y combinando unos elementos con otros o por separado prácticamente en valores infinitos entrelazados, permitiendo manejar enormes cantidades de información y realizar cálculos en minutos y que, de otra manera, tardarían años.

Todo esto se explica mediante LA LEY DE NEVEN o la supremacía de la computación cuántica, una nueva regla que en relación con la computación clásica dice que la tasa en ordenadores cuánticos es doblemente exponencial (en lugar de aumentar por potencias de "22, las cantidades crecen por potencias de potencias de "2").


IBM presentó el 15 de junio de 2021 del EAGLE de 125 qubits, una maquina dirigida a ser utilizada por empresas e instituciones.

La compañía, al compararlo con una computadora normal dice que ésta necesitaría más bits que todos los átomos que conformar a todos los seres humanos para simular algo similar a EAGLE y, por supuesto, las supercomputadoras actuales más sofisticadas no podrían ejecutar sus programas.

En este año 2022 piensa lanzar otro cuántico con 433 qubits y en 2023 el CÓNDOR con 1.121 qubits.

La computación cuántica resuelve problemas no lineales y problemas de alta complejidad, especialmente enfocándose a aplicaciones de inteligencia artificial, nuevos materiales o fármacos, optimización de fuentes de energías a nivel mundial, machine learning (aprendizaje automático) o big data.


En resumen, en la era cuántica todo el universo es información en multiplanos alternativos, paralelos, superpuestos, complementarios, coexistentes y resultado de infinitas probalidades, que se comportan de manera distinta a la de nuestra realidad cotidiana… y tan verdaderos y manipulables como esa realidad.


Los NEGACIONISTAS DE LA CUÁNTICA también existen y ponen en entredicho todo basándose en que los hechos no son demostrados empíricamente, o que son interpretados bajo la indefinición, o con variables ocultas o desconocidas bajo la incertidumbre porque jamás se sabe con exactitud que se hace o como se hace.


Si quieres conocer más sobre el tema, no dudes, y revisa, por ejemplo, EL MISTERIO DE LA FÍSICA CUÁNTICA, un interesante documental donde podrás acercarte a este fascinante mundo.

Las características y el funcionamiento de estos ordenadores cuánticos, su diseño, la forma en que disminuyen sus potenciales errores o cómo se refrigeran para alcanzar el cero absoluto serán objeto de otro post, donde también se dará cuenta de la importancia que Canarias ha tenido para su desarrollo.

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