29 de noviembre de 2012

Ordenadores cuánticos


Actualmente la velocidad de los ordenadores crece rápidamente, un ordenador que compraste hace 4 años, que era en su momento el más rápido de su género, no sólo ha pasado a segundo plano, sino que ahora  es obsoleto o por lo menos es ampliamente superado en todos los aspectos por sus predecesores. Pero …¿Éste increíble aumento de la velocidad de nuestras computadoras tiene un límite?
¿A qué ritmo aumenta la velocidad de las computadoras?
Pues en 1975 Gordon E. Moore se hizo la misma pregunta, y dedujo una ley que lleva su nombre, La Ley de Moore, que consiste en que la velocidad de los ordenadores se duplica cada 18 meses.
Y lo cierto es que esta ley lleva 40 años cumpliéndose. 

Gráfica del número de transistores por ordenador en los últimos 40 años



Pero … ¿Tiene este crecimiento un límite?, ¿Algún día parará de golpe la mejora de nuestros ordenadores?
La respuesta es sí.Los ordenadores actuales se basan en transistores, y la forma de hacer un ordenador más rápido es aumentando el número de estos, así que cada vez los transistores son más pequeños. Actualmente los transistores son de 45 nanómetros aproximadamente (para que os hagáis una idea de lo pequeño que es, un nanómetro equivale a la milmillonésima parte de un metro). Pero a partir de 10 nm nos vamos alejando del mundo macroscópico y nos adentramos en el mundo de los átomos, electrones y fotones, este mundo de distancias extremadamente pequeñas se rige por las leyes de la física cuántica. Y uno de los efectos de la mecánica cuántica es el efecto túnel



El efecto túnel consiste en que, a diferencia de la mecánica que afirma que si la energía cinética de una partícula no supera la resistencia de una barrera no la atravesará, sin embargo a escalas cuánticas las partículas tienden a comportarse como ondas y esto les da cierta probabilidad de atravesar la barrera (“tunelar”). Las implicaciones de esto son que los transistores no podrían funcionar ya que el efecto túnel implica que los electrones tengan cierta probabilidad de atravesar sus propias barreras, con lo que la computación sería imposible.

Por ello los científicos han empezado a buscar nuevas alternativas a los chips de silicio que puedan superar su velocidad de computación.

Algunas alternativas son: ordenadores basados en ADN, en grafeno e incluso ordenadores cuánticos que son una alternativa prometedora de la que os vamos a hablar .

Los ordenadores actuales se basan en bits que pueden ser o un “1” o un “0” lógico. Sin embargo los ordenadores cuánticos se basan en qubits, ellos, a diferencia de los bits pueden estar en estado “1”, “0” o una superposición de estos 2 estados, esta superposición da lugar a unos 2500 estados de superposición posibles, lo que haría que la velocidad de los ordenadores cuánticos no sólo superen a sus antecesores sino que les sacarán varios ordenes ordenes de magnitud.






Estas imágenes explican lo que es un qubit , la segunda consiste en lo siguiente, imaginemos que la esfera es la Tierra, el estado 1 y 0 estarían cada una en un polo distinto, por ejemplo el polo norte (estado 1) y el polo sur (esto 0) todos los posibles puntos de la superficie terrestre representan un estado de superposición del 0 y 1 que en el fondo indica la probabilidad de que decaiga en un estado u otro.

En un ordenador cuántico cada qubit trabajaría como un ordenadores que trabaja en paralelo con todos los demás. De hecho un ordenador cuántico de 30 qubits tendría un velocidad del orden de teraflops (1 billón de operaciones de coma flotante por segunda), y los ordenadores actuales actúan en orden de gigaflops (mil millones de coma flotante por segunda).

Sin embargo un qubit es difícil de conseguir, para que pueda funcionar tiene que mantener su estado cuántico y su coherencia cuántica. Para cumplir estas condiciones el qubit tiene que estar completamente aislado de todo, no puede ser influido ni por campos magnéticos, polvo, movimiento, nada. Si algo influye en el qubit este pierde su estado de coherencia y no puede funcionar, ahora para extraer información de él se necesita interactuar con él. Entonces la computación cuántica funciona de la siguiente manera: se da por ejemplo una operación para que el qubit lo calcule, se le aísla de todo y una vez el qubit resuelva la operación se interactúa con él y se obtiene el resultado. No antes porque sino el estado de superposición se rompe y se determina en un sólo estado.


Personalmente creemos que son un gran paso hacia delante, además actualmente sabemos como funciona exactamente un ordenador cuántico pero tenemos problemas en el momento en que tenemos que pasar de la teoría a la técnica. Sin embargo ya se han logrado grandes avances:


"2012 - Avances en chips cuánticos

IBM anuncia que ha creado un chip lo suficientemente estable como para permitir que la informática cuántica llegue a hogares y empresas. Se estima que en unos 10 ó 12 años se puedas estar comercializando los primeros sistemas cuánticos."

(Extraido literalmente de http://es.wikipedia.org/wiki/Computaci%C3%B3n_cu%C3%A1ntica)



Así que puede que en poco más de una década tengamos en nuestros hogares ordenadores cuánticos.


Las implicaciones que tendrían en nuestras vida serían enormes , ese poder de computación , sería en mi opinión , una oportunidad para fabricantes de crear productos que puedan aprovechar esa increíble velocidad, iría desde nuevos sistemas operativos a conceptos completamente nuevos de programación .
La seguridad tendría que multiplicarse y se necesitarían de claves mucho más complejas o directamente cambiar el método de acceso a escáneres de retina o huellas digitales o algún otro tipo de método o combinación de ellos . ¿Porque ? Muy sencillo , los claves de seguridad actuales tardarían en descodificarse 1000 años las de los bancos tardarían incluso 1 millón de años por los ordenadores convencionales , pero con la potencia de procesamiento de un ordenador cuántico esto sería cuestión de segundos.
Desde el punto de vista del avance científico sería un gran salto y aceleraría enormemente las investigaciones científicas . Muchas investigaciones científicas necesitan del procesamiento de gigantescas cantidades de datos. Cuando esto ocurre se pide prestado un superordenador para realizar dichos cálculos, pero el superordenador tiene lista de espera , hay más gente que quiere realizar cálculos para sus propias investigaciones . Sin embargo con los ordenadores cuánticos , la gente podría tener incluso más poder de procesamiento que los superordenadores en sus manos. La teoría del caos, simulación de nuevos modelos económicos y la comprobación de teoremas matemáticos no demostradas por el momento
( o suficientemente ) serían por ejemplo temas que se podrían abarcar con facilidad con este tipo de tecnología.
Sería una nueva revolución de la informática , al igual que los ordenadores en sus primeros días , pero multiplicado por mil e incluso más.





Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_t%C3%BAnel
http://es.wikipedia.org/wiki/Computaci%C3%B3n_cu%C3%A1ntica
http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=_UtuMYNus1o&feature=endscreen
http://www.youtube.com/watch?v=sXyCHdEbmcM&feature=related
http://en.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dinger's_cat
http://www.technologyreview.es/read_article.aspx?id=39555



Hecho por Álvaro Albarrán y Alejandro Carrasco.

4 comentarios:

Victor Acosta dijo...
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
José Manuel Pérez Ricote dijo...

Me impresiona que ésta sea una de las noticias menos comentadas. Muy interesante todo el tema. Multiplicar por mil, o por hasta por un millón si se consiguen implantar muchos qubits, la velocidad de procesamiento sería un cambio determinante en nuestra forma de vida.

Por otro lado, he encontrado algún que otro error a la hora de escribir (o eso creo, puede que no sepa lo que significa. En ese caso, debería de estar explicado).

¡Gran trabajo!

María Izquierdo dijo...

Felicidades jovencitos está muy bien pero que muy bien vuestro trabajo sobre los ordenadores cuánticos!
Al igual que a José Manuel a mi también me sorprende que un tema tan novedoso y poco oído sea de los menos comentados.
Mi primera impresión sobre vuestro artículo ha sido con el título, y francamente he pensado en castellano por favor, como qué cuánticos??!
Nunca había escuchado nada sobre estos aparatillos tan interesantes, así que ha sido una breve pero didáctica clase, simplemente deciros que mi yo interno según iba leyendo iba abriendo más y más la boca.
Respecto a otras publicaciones que he leído de otros compañeros, comenzáis de forma diferente, en vez de basar todo en preguntas, podríamos decir que "vais al grano", así empezáis de manera interesante, dando desde un principio ya información.
Conforme iba leyendo, me he acordado de que Víctor al principio de curso dijo que al principio la velocidad de los ordenadores, era mucho más lenta, y francamente no me digáis porque pero yo me había hecho ya la idea de que la velocidad de los ordenadores iba a ser siempre ésta, la actual, así que ha sido una gran sorpresa, me parece sorprendente y maravilloso, a lo que puede llegar la ingeniería hoy en día. Lo único que no me gusta de este nuevo invento, es el tema del polvo, habría que mirar de mejorar su resistencia, et voilá, perfecto!
Que ganas de comprar uno, prometen!
Respecto al trabajo habéis sabido sacar jugo al empleo de recursos tales como las imágenes y el vídeo del final, los cuales facilitan entender los conceptos explicados de manera fácil y rápida.
Los únicos peros, que la primera imagen no se ve muy bien, y que he encontrado algún fallo ortográfico, pero por lo demás muy buen trabajo! Gracias por esta clase didáctica express!

Antonio Moreno dijo...

Muy buen buen articulo por todo en general, la manera en la que habéis explicado coo funcionan los ordenadores cuánticos es muy clara y habéis hecho que sea facil de comprender y junto con el video elegido se entiende todavia mejor