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Carrera cuántica

En los 90 comenzó una competición tecnológica sin precedentes: la carrera por obtener el primer ordenador cuántico. Una máquina tan rápida y potente comparada con las de hoy, que podría desencriptar fácilmente el criptograma más complejo. Científicos japoneses aseguraron esta semana haber desarrollado uno de los dos bloques necesarios para construir un ordenador cuántico con materiales sólidos. El primero lo había desarrollado el mismo equipo en 1999. El fin de la carrera se acerca. El ganador será, durante un lustro, el dueño de los secretos del mundo.

Un lustro será aproximadamente en tiempo que transcurra entre los primeros modelos experimentales y la extensión de la tecnología. Un periodo en el que la diferencia de poder de cómputo entre los poseedores de ordenadores cuánticos y los demás dejará desnudos sus sistemas y sus secretos. Un ordenador cuantico podrá desencriptar un criptosistema basado en DES -como las transmisiones bancarias- en tan sólo cinco minutos. Ninguna trasmisión y ningún banco de información digitalizada podría resistir el envite.

El salto cuántico

Nuestros ordenadores actuales se basan en bits. Un bit tiene dos estados posibles: 0 o 1. Cuando decimos que un ordenador tiene un procesador de 32 bits, queremos decir que éste es capaz de procesar, en cada tic-tac de su reloj interno un número binario de 32 dígitos. Cuanto más rápido sea el reloj (los famosos MegaHertzios) y mayor el rango de números que pueda procesar, más potente será. Pero el caso es que todos nuestros ordenadores, están basados en dos elementos comunes: sus procesadores sólo pueden realizar una operación a la vez y las operaciones a fin de cuentas sólo consisten en aplicar una serie de reglas para transformar una serie de unos y ceros en otra.

Las reglas que convierten un número en otro son lo que llamamos operadores lógicos y representan el nivel de proceso más básico de un ordenador, la base más sencilla a partir de la cual se realiza toda programación. Estos operadores lógicos comparan los dígitos de un número con otro y dan como respuesta un tercero siguiendo una regla sencilla. Por ejemplo, el operador OR da como respuesta un 1 si comparando un dígito con otro uno de los dos es 1. Así 10101010 OR 01010101= 11111111, lo que expresado en forma decimal sería 170 OR 85 = 256. Los ordenadores, al nivel más básico no suman, ni restan ni multiplican, no realizan operaciones aritméticas, sino lógicas. Para conseguirlo tenemos ya que hacer un programa: entramos en el reino del software.

Ahora pasemos al increible mundo de la computación cuántica. En él no nos basamos en contactos eléctricos que pueden tener dos estados (conectado o apagado, es decir 0 o 1), sino en la orientación magnética de un átomo. Ya no trabajamos con bits, sino con qbits, que tienen 4 estados diferentes. Y como dice Lov K. Grover, en un artículo ya clásico, aquí empieza la magia: Si tenemos un sistema cuántico de 500 átomos, el número total de estados posibles será de 5004: cada estado sería un número binario de 500 dígitos. Y lo que es más impresionante cada operación, cada tic-tac del reloj de un procesador cuántico, modificaría los 500 estados simultáneamente.

La frontera cuántica

Intuitivamente nos damos cuenta de que el poder de proceso es exponencialmente mayor. Pero el problema es ahora de operadores lógicos. Los tradicionales que sustentan a nuestros ordenadores ya no valen. Hasta ahora el problema de la computación cuántica no ha sido tanto de nanoingeniería, aislar y manipular la orientación de un grupo de átomos, sino de implementar en esos sistemas de laboratorio -aún bastante primitivos- algoritmos y sistemas lógicos funcionales que permitan realizar cálculos y operaciones útiles que permitan una ulterior programación compleja de los sistemas.

La verdadera frontera está en la algoritmia y la lógica. Por ejemplo, en nuestros ordenadores, los procesadores fallan continuamente aunque no nos enteremos, cada operación se repite un cierto número de veces, se compara el resultado y el más repetido se da por bueno. Algo que no se puede hacer en un mundo cuántico, donde la observación modifica el resultado. En 1999 el matemático Peter W. Shor y el físico Andrew M. Steane idearon un algoritmo que permitía resolver este problema. En 1994 Shor fue aún más lejos desarrollando un algoritmo que permitía factorializar números con sistemas cuánticos: la clave para romper sistemas criptográficos. En diciembre de 2001 IBM declaró haber implementado el sistema en un ordenador de 7 átomos, factorializando con éxito el número 15 (es decir, dando como resultado 3×5). Puede saber a poco. Pero era un paso de gigante, el Sputnik de la nueva carrera tecnológica.

Sin embargo, el equipo japonés que esta semana ha saltado a la actualidad al publicar sus resultados en Nature capitaneado por el profesor Tsai Jaw-Shen, de la empresa NEC en el RIKEN, lleva ahora ventaja.

El grupo japonés había implementado en 1999 el equivalente cuántico de uno de los dos operadores lógicos que se necesitan para construir un ordenador cuántico funcional. Ahora ha realizado el segundo. Su objetivo ahora es combinar ambos en lo que llama una puerta única, la base de los ordenadores futuros.

Nuestro otro objetivo es hacer algunos algoritmos cuánticos basados en esto, declaraba. Y es que aunque los ordenadores cuánticos puedan tardar en llegar a ser plenamente operativos más de diez años, nadie duda de que una serie de aplicaciones, como la factorialización de grandes números, pueden estar desarrolladas experimentalmente mucho antes. Durante la próxima década el mundo perderá sus secretos.

«Carrera cuántica» recibió 1 desde que se publicó el lunes 3 de noviembre de 2003 . Si te ha gustado este post quizá te gusten otros posts escritos por David de Ugarte.

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