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El Ordenador Insuperable

El ordenador personal que está en mi escritorio es cien veces más rápido y tiene mil veces más memoria que el ordenador mainframe que daba servicio a toda mi universidad cuando yo era estudiante. Se espera que tales avances en la velocidad de procesamiento y en la capacidad de almacenamiento de los ordenadores continúen hasta que las leyes de la física impongan ciertos límites. Después de todo, no podemos encoger los átomos o incrementar la velocidad de la luz.

Ahora, imaginen una tecnología computacional que eventualmente se acerque a esos límites. Imaginen, es más, que cada estrella de cada galaxia en el universo observable pudiera de alguna manera ser convertida en un ordenador de ese tipo ``insuperable''. Esos serían muchos ordenadores muy rápidos. O si estuvieran conectados uno con otro podríamos pensar en ellos como un solo ordenador, masivamente paralelo: llamémoslo ``Ordenador Universo''.

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Es verdad que hay tareas, como el procesamiento de palabras, por ejemplo, para las que este ordenador imaginario no sería más útil que cada uno de los ordenadores que lo constituyen. Pero para tareas de prueba y error extensas y repetitivas, como el desciframiento de códigos, la velocidad y el poder de este ``Ordenador Universo'' integrado sería por mucho superior que cualquier cosa que pudieramos jamás construir, ¿cierto?

Recordemos esa idea.

La teoría cuántica -la rama de la física que trata con las partículas elementales y las propiedades microscópicas de la materia- ha producido algunas de nuestras más profundas visiones de la naturaleza y describe algunos fenómenos sorprendentemente contraintuitivos. Por ejemplo, sugiere que las partículas elementales, más que localizarse en una posición en un dado momento, recorren varias trayectorias de forma simultánea.

Nadie discute que los fenómenos cuánticos, si pudieran ser manejados, revolucionarían el procesamiento de información, permitiendo maneras de cómputo que ningún ordenador existente, incluso en principio, sería capaz de duplicar. Entre las tareas para las que el cómputo cuántico sería ideal se encuentran las ``búsquedas algorítmicas''. Puesto simplemente, las búsquedas algorítmicas son lo que los programadores de ordenadores usan como último recurso cuando buscan una aguja matemática en un pajar: hacen que el ordenador pruebe todas las respuestas posibles una por una hasta que encuentre la correcta.

Obviamente, los recursos necesarios para tales búsquedas son proporcionales al número de respuestas posibles: el sentido común nos dice que probar mil posibilidades requiere de mil veces más operaciones que probar una sola. Probar un millón de posibilidades requiere de un millón de operaciones más.

Pero nuestro sentido común ordinario no aplica cuando se trata de física fundamental. En 1996 el científico computacional Lov Grover descubrió un algoritmo cuántico -una forma de programar un ordenador cuántico- que podría probar un millón de posibilidades en sólo mil veces más el tiempo necesario para probar una, y un billón de posibilidades en sólo un millón de veces el tiempo requerido para una, y así en adelante, sin límite.

¿Qué pasaría en el interior de un ordenador cuántico cuando realiza una búsqueda algorítimica? La poco halagadora verdad es que la mayoría de los físicos se avergüenzan y se quedan perplejos ante esa pregunta. Muchos explican los fenómenos cuánticos con palabras huidizas o, peor aún, simplemente evitan cualquier explicación. Cierto, los fenómenos cuánticos no pueden observarse de manera directa. Pero podemos deducir su existencia y atributos midiendo los efectos que tienen en cosas que sí son observables directamente. Nunca hemos observado dinosaurios vivos, tampoco, pero sabemos que existieron y conocemos más que bastante acerca de cómo funcionaban gracias al registro fósil.

Una decreciente minoría de físicos, yo incluído, aceptan la interpretación de ``universos múltiples'' de la mecánica cuántica. Lo que observamos como una sola partícula, concluímos, es en realidad una de innumerables entidades similares en diferentes universos, afectándose sutilmente entre sí a través de un proceso llamado ``interferencia cuántica''. Para nosotros no existe ningún misterio en el cómputo cuántico, sólo asombro y cuestionamiento.

El cómputo cuántico es posible, según ese punto de vista, porque un ordenador cuántico realiza grandes cantidades de cómputos separados en diferentes universos y entonces comparte los resultados a través de la interferencia cuántica. Las ecuaciones de la teoría cuántica describen este fenómeno paso por paso. Pero puesto que tal intercambio de información se puede lograr sólo a través de la interferencia cuántica, esas mismas ecuaciones también limitan drásticamente los tipos de tareas que el cómputo cuántico debería ser capaz de llevar a cabo o de acelerar. La comunicación directa entre universos está, por ejemplo, descartada.

De hecho, en la actualidad se conoce sólo un puñado de algoritmos cuánticos potencialmente útiles. El algoritmo de Grover es uno. Otros algoritmos cuánticos conocidos descifrarán con facilidad los sistemas criptográficos seguros más utilizados en la actualidad. Por coincidencia, los sistemas criptográficos que en sí mismos utilizan el cómputo cuántico ya son comunes en los laboratorios, anunciando el desarrollo de una comunicación que es tanto perfectamente segura -incluso contra el ataque cuántico- como inmune a los futuros avances de las matemáticas o de la tecnología.

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Resulta que la criptografía cuántica es relativamente fácil de implementar. Por desgracia, no tenemos ordenadores con suficiente poder para aplicar ningún otro algoritmo cuántico útil; construir ordenadores cuánticos poderosos será uno de los principales retos científicos y tecnológicos de las décadas venideras. Pero los físicos teóricos saben ya cuántos tipos distintos de componentes se requieren para hacer un ordenador cuántico y qué tan complicados deben ser esos componentes. La increíble respuesta es que virtualmente cualquier interacción entre dos entidades portadoras de información, incluyendo átomos y partículas elementales, será suficiente. Como dijo el físico Seth Lloyd, ``casi cualquier cosa se convierte en un ordenador si se le alumbra con el tipo correcto de luz''.

Se ha asumido durante mucho tiempo que un solo tipo de máquina, dados tiempo y memoria, podría simular el comportamiento de cualquier otro estado de la materia. Resulta que los ordenadores existentes, o incluso el imaginario ``Ordenador Universo'', no son los adecuados. Pero un ordenador cuántico para todo uso, sí lo sería. En la física cuántica, esta ``universalidad computacional'' es parte de la esencia de toda materia y, por lo tanto, de la comprensibilidad de la naturaleza. Ninguna otra rama de la física involucra una tan amplia interacción entre la teoría, la experimentación, la tecnología y la filosofía. Ningún otro campo de la investigación científica promete mayores implicaciones para el entendimiento del universo.