Ordenadores cuánticos, ¿evolución digital?

ordenador-cuantico-2

Del mismo modo que la máquina de Turing puso los cimientos de la computación clásica y de los computadores modernos, la computación cuántica -basada en la mecánica cuántica, probablemente la rama de la física más compleja de explicar- se plantea como la evolución de la computación que permitirá que los ordenadores hagan cosas hasta ahora imposibles.

El concepto es «sencillo». La física cuántica explica que a nivel «microscópico» cuando nadie observa una partícula, ésta no tiene características definidas y puede presentar todos los valores de las propiedades a la vez -perdónennos los que sí saben de esta disciplina-. Aplicado a la computación, se supone una evolución drástica en la forma en la que se desarrollan desde los equipos hasta sus posibilidades.

Esto, que sobre el papel parece tan complejo como futurista, tiene en D-Wave 2x, un proyecto de la NASA y Google un prototipo real y tiene como objetivo investigar las posibles aplicaciones de esta disciplina en la inteligencia artificial y el aprendizaje automático. Y como toda rama tecnológica revolucionaria, hay también investigaciones más allá de los científico, según The Washington Post la NSA también trabaja en uno de estos modelos para poder descifrar sistemas de seguridad complejos.

Es probable que os hayáis fijado que en el párrafo anterior la palabra «real» aparece en cursiva. El motivo no es otro que, en teoría, los ordenadores cuánticos están en la mente de los científicos. Saben cómo construirlos, cómo han de funcionar e incluso qué programas ejecutar. El problema es que aún no existe ninguno.

El problema es que aún no existe tencología para dominar los fenómenos cuánticos y eso hace que no sea posible -aún- construir una computadora de esta clase. Solo hay prototipos, como el que hemos mentado antes, que son el embrión de algo mucho mayor y que por el momento permiten resolver problemas como las predicciones meteorológicas, búsquedas complejas en bases de datos, etc. Para ello almacenan la información en qubits (que pueden tomar valor 0, 1 o la superposición de ambos).

Esto hace que la velocidad de procesamiento sea mucho mayor que la de cualquier ordenador actual. Cuando se envía un correo electrónico, por ejemplo, una computadora «normal» ha de realizar miles de cálculos que una cuántica realiza más eficazmente. El quid es que hay otros problemas mucho más complejos que por la enorme cantidad de cálculos que requieren ni siquiera las supercomputadoras pueden solucionar. Hay problemas que el ordenador más potente del mundo tardaría la edad del universo en solucionar (unos 13.000 millones de años) y que, en teoría, una computadora cuántica tardaría solo horas en resolver.

Por eso, su construcción puede suponer un salto científico de valor incalculable. Y la verdad es que los expertos son cautos pero optimistas. Pensemos que el primer ordenador, llamado Z1 y que tardó dos años en ensamblarse, tardaba diez segundos en hacer una multiplicación y pesaba una tonelada. Eniac, la primera computadora digital electrónica ocupaba todo el sótano de la Universidad de Pensilvania y era mucho menos potente que cualquier teléfono que llevamos ahora en el bolsillo.

Su construcción no será sencilla, hace falta mejorar la tecnología que los rodea y les permite funcionar. Por ejemplo, los láseres que leen los qubits y envían traducida la información a los ordenadores «normales». Son un nuevo concepto de construcción sin memorias ni discos duros. Solo procesadores construidos con materiales superconductores que almacenan los qubits y los procesan.

Sistemas en los que los qubits se encuentran en el vacío aislados de otras moléculas para trabajar más eficientemente u ordenadores donde la información se enfría a niveles cercanos al cero absoluto y que emplean las cualidades físicas de materiales superconductores para mantener y gestionar la información. No sabemos cómo serán en un futuro. Ni siquiera cuando llegará ese futuro pero sí que marcará un hito en la Historia, en la evolución digital y en la humana.

Metal Jan-Teller, ¿un nuevo estado de la materia?

Aunque en el colegio nos enseñen que los estados de agregación de la materia son líquidosólidogaseoso y plasma, la ciencia ha conseguido reproducir en el laboratorio otros como el condensado de Bose-Einstein, la materia degenerada o el plasma de quarks-gluones. El último que podría sumarse a esta lista es el de los metales Jahn-Teller que podría definirse como un nuevo estado de la materia con la apariencia de un metal y que es un conductor-no conductor, es decir, presenta diferentes propiedades eléctricas en función de la presión.

El hallazgo, llevado a cabo por un grupo de investigadores del Instituto Avanzado de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku en Japón se debe, como su nombre indica, al efecto Jahn-Teller que consiste en una distorisión magnetoquímica en la que al someter a diferentes presiones la estructura molecular e iones de algunas sustancias, éstas muestran una distorsión en sus propiedades eléctricas.

En palabras más sencillas: un conjunto de metales que al someterse a diferentes presiones pasan de ser aislantes a ser conductores. La sustancia con la que han conseguido el descubrimiento es una estructura cristalina de buckminsterfullereno y átomos de cesio.

Al aumentar la presión del fullereno -que cuenta con una estructura molecular muy estable compuesta por 60 esferas de carbono- añadiendo átomos de rubidio, las esferas se deforman y la sustancia pasa de ser una estructura cristalina aislante de la electricidad a convertirse en un metal conductor.

Ilustración que muestra la estructura molecular del buckminsterfullereno y los átomos de cesio. 

IAIM de la U. de Tohoku

Lo interesante es que entre ambas fases el metal atraviesa un estado intermedio cuyas propiedades se están estudiando y que hasta ahora era totalmente desconocido.

Esta «deformación» podría explicar porqué algunos metales pueden definirse como súper conductores a mayor temperatura que los actuales. De facto, cuando algunos metales se enfrían artificialmente a diferentes temperaturas críticas -cada caso es único- se puede llegar a la resistencia eléctrica cero. El problema es que para conseguir esta característica hay que acercarse demasiado a los -243 grados celsius (casi el cero absoluto) algo extremadamente caro y complejo de conseguir lo que bloquea el uso de estos materiales en la industria.

Desde los años 80 la ciencia ha buscado diferentes materiales que permitan la superconductividad a temperaturas altas (en este campo los -135 del cobre se consideran altas) sin embargo, la incapacidad para describir este fenómeno bloqueaba su aplicación. Este descubrimiento podría explicar muchas de las incógnitas de los superconductores a alta temperatura y con el tiempo facilitar su aplicación industrial.