Universidad Nacional Autónoma de México
Dirección General de Servicios de Cómputo Académico
Año 7 Núm. 74, Publicación Mensual, 27 de Noviembre de 2008

ARTÍCULOS

 

Año 3, Número 30, Junio de 2004

Computación cuántica

Juan Carlos Chávez García

 

La velocidad y la capacidad de almacenamiento de las computadoras se han venido duplicando aproximadamente cada dos años, esto, acompañado de una miniaturización del componente fundamental del hardware: el transistor. Actualmente es posible fabricar chips (circuitos integrados de computadora) de un cuarto de micrón (un micrón es la millonésima parte de un metro), conteniendo cerca de 200 millones de transistores.

Pero de seguir la tendencia en la reducción del tamaño de los componentes, tendremos que enfrentarnos muy probablemente a las leyes cuánticas, cuando el tamaño de éstos alcance niveles atómicos. En este nivel, el transistor quizás pase a ser una pieza de museo y sea sustituido por una molécula.

En 1982, aparecieron las primeras ideas de lo que hoy se conoce como Computación Cuántica, cuando Ri-chard P. Feynman (1918-1988) observó que ciertos efectos de la mecánica cuántica (leyes de la física a nivel de partículas elementales) no pueden ser simulados por una computadora digital, e insinuó que la computación en general puede ser eficientemente mejorada aprovechando esos efectos de la mecánica cuántica. Es hasta 1985, cuando David Deutsch describió un modelo de una computadora cuántica, de alguna manera similar a lo que en 1936 fue propuesto como el modelo de la máquina de Turing, que sirvió como preámbulo de las computadoras actuales.

La computación cuántica es un área multidisciplinaria con influencias que van desde la arquitectura de computadoras hasta la física fundamental, pasando por las comunicaciones, la criptografía, las matemáticas, la microelectrónica y la nanotecnología por citar algunas, y tiene básicamente efectos en la tecnología de las computadoras con el hardware y el software.

En términos de hardware, a medida que la información pase a ser representada por unas cuantas partículas subatómicas, los dispositivos deberán tener la capacidad de reconocer los fenómenos cuánticos.

En relación con los algoritmos (procedimientos matemáticos para resolver problemas), la computación cuántica abre posibilidades antes no imaginadas, disminuciones exponenciales en el tiempo de procesamiento y realización de operaciones en paralelo sin la necesidad de agregar procesadores a la máquina.

Las computadoras cuánticas usan "qubits" (formas de partículas cuánticas) como la unidad de información básica, y éstas eventualmente serán más flexibles y rápidas que las computadoras existentes al procesar la información.

¿Qué se puede hacer con el cómputo cuántico?

Evidentemente, si fuera posible encontrar algoritmos y hardware que exploten eficientemente la superposición del qubit, podrían obtenerse ahorros exponenciales en el tiempo de procesamiento. Un ejemplo de esto, es la factorización de números grandes (encontrar números que al multiplicarse arrojen el número del cual son factores), en donde las computadoras actuales ven incrementado su tiempo de procesamiento en forma exponencial según aumente el número de dígitos de la cantidad por factorizar.

De hecho, los algoritmos actuales para codificar y enviar en forma encriptada información a través de Internet, basan su seguridad en la imposibilidad de las computadoras actuales de encontrar en un tiempo razonable, los factores de un determinado número. El computador cuántico haría obsoletos dichos mecanismos de encriptación.

¿Qué otras aplicaciones se le pueden dar al cómputo cuántico?

Encriptación: si bien el computador cuántico haría obsoletos los mecanismos actuales, también provee una solución que podría ser prácticamente imposible de violar por los hackers.

Teleportación: se refiere a comunicar el estado físico de un objeto a otro objeto ubicado en otra parte.

¿Entonces el computador cuántico hará mejor las cosas que las computadoras actuales?

No necesariamente. Por ejemplo, las computadoras actuales son muy buenas para multiplicar grandes números; el computador cuántico no lo hará mucho mejor. Sin embargo, aquellas operaciones que requieran de operaciones repetitivas, pueden hacer uso del cómputo en paralelo.

La factorización de grandes números. Una computadora actual se estima que tardaría varios miles de millones de años para factorizar un número de 1000 dígitos, mientras que un computador cuántico lo haría en ¡20 minutos!

La búsqueda en bases de datos. Las búsquedas en bases de datos no ordenadas se realizan actualmente al azar (ningún algoritmo es más eficiente), y para localizar un dato en especial se requiere en promedio de N/2 intentos, donde N es el número total de datos. Un computador cuántico podría realizar lo anterior, en un número de intentos igual a la raíz cuadrada de N. Así por ejemplo, si N es igual a un millón, una computadora actual tendría que intentarlo 500 mil veces, mientras que el computador cuántico lo haría sólo mil veces.

¿Qué tan cerca estamos de contar con un computador así?

Se han hechos grandes progresos, sin embargo aún existen grandes dificultades técnicas y sobre todo complejas que superar.

Un portavoz de NEC (NEC Corp y un organismo de investigación pública de Japón), dijo que no es probable que las computadoras cuánticas para uso comercial, estén disponibles antes del 2020.

Los expertos esperan que las computadoras cuánticas, cuando sean puestas en uso práctico, sobrepasen las capacidades de las supercomputadoras más poderosas de la actualidad.

Para mayor información:

http://www.qubit.org/

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