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Importante avance en computación cuántica

Hace 10 años un equipo de físicos de la Universidad de Stanford e IBM sorprendió al mundo al revelar que había construido un ordenador capaz de utilizar las extrañas reglas de la mecánica cuántica para procesar la información. Una década después, este campo de la informática en el que no parecen haberse producido avances espectaculares, vuelve a ser noticia gracias a una máquina de resonancia magnética con un cabezal del tamaño de un alfiler, capaz de “operar” con átomos de nitrógeno incrustados en diamante. ¿La computación cuántica está de vuelta?

Diez años han pasado desde que el equipo compuesto por físicos de IBM y la Universidad de Stanford, en Silicon Valley, reveló que había construido un equipo capaz de aprovechar las extrañas reglas de la mecánica cuántica para procesar información. Aquel “ordenador cuántico” había sido diseñado especialmente para factorizar números, un problema en el que los ordenadores convencionales han demostrado ser especialmente ineficientes. Con orgullo, el equipo mostró como su invento hallaba los dos factores primos del número 15 (3 y 5). A pesar de su aparente simplicidad, ese logro fue una hazaña impresionante.

Aquel ordenador pudo realizar esa tarea gracias a que un objeto cuántico -o “qbit“- es capaz de existir en dos estados al mismo tiempo, representando un 0 y 1 simultáneamente. Este tipo de “superposición cuántica” permite que un objeto cuántico pueda operar con 2 bits al mismo tiempo, dos objetos cuánticos lo hagan con cuatro bits de forma simultánea, los siete “qbits” que poseía el ordenador de IBM/Stanford  bastan para calcular con 128 bits y así sucesivamente. Se estima que un ordenador cuántico de solo 30 “qbits” sería más potente que cualquier ordenador convencional disponible en la actualidad.

Sin embargo, y a pesar de que la prensa se hizo eco de algunos discretos avances en este campo, en los diez años transcurridos de aquel anuncio ningún laboratorio pudo construir un ordenador cuántico más potente que aquel. El motivo principal detrás de esta falta de avances concretos se encuentra en el corazón mismo del sistema utilizado. En 2001, el equipo trabajó con una técnica basada en la resonancia magnética nuclear, con la que se manipulaban los núcleos atómicos de una molécula de forma independiente. Tal como ocurre cuando un paciente se somete a un análisis utilizando una de estas máquinas, el ordenador cuántico enviaba ondas de radio a los núcleos y luego escuchaba su “eco”. La técnica es bien conocida, y funciona con todo tipo de moléculas, incluidas la acetona, el alcohol, la cafeína y -por supuesto- la elegida por el equipo de IBM/Stanford, un compuesto ferroso llamado perfluorobutadienyl iron.

Pero esta técnica tiene un talón de Aquiles. La señal devuelta por una sola molécula es demasiado débil, por lo que el ordenador debe utilizar una enorme cantidad de ellas para efectuar sus cálculos. Y esta situación impone severos límites a la escalabilidad del sistema. Este es el principal problema que mantuvo a los físicos estancados durante tanto tiempo. Pero un equipo de la Universidad de Harvard, liderado por Mike Grinolds parece haber resuelto este problema, reduciendo drásticamente el tamaño del “cabezal de lectura” de la  máquina de resonancia magnética. Utilizando un potente imán pueden crear un gradiente de campo magnético muy poderoso en un volumen de espacio de sólo unos pocos nanómetros, lo que les permite estimular y controlar la resonancia magnética de electrones individuales. Los miembros del equipo de Grinolds han utilizado su invento sobre muestras de  nitrógeno incrustados en diamante. El diamante proporciona una excelente protección contra el medio ambiente, y las reacciones del nitrógeno son fáciles de ver por los fotones que emiten.

Colocando juntos varios de estos objetos de forma adecuada, se pueden crear puertas lógicas cuánticas, funcionales gracias a la nueva técnica de resonancia magnética. Grinold asegura que su descubrimiento tiene “interesantes aplicaciones potenciales, que van desde sensibles magnetómetros a nanoescala hasta procesadores de información cuántica escalables.” Este avance es fácilmente duplicable en otros laboratorios. Las muestras de nitrógeno en  diamante se utilizan desde hace años, y el equipo de resonancia puesto a punto por Grinold es relativamente simple de duplicar. Si a esto le sumamos el hecho de que quien ponga a punto un ordenador cuántico realmente funcional seguramente será un firme candidato a obtener el Premio Nobel de Física, tenemos todos los elementos necesarios para que la carrera hacia la informática cuántica vuelva a ser emocionante.

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Escrito por Ariel Palazzesi

27 Comments

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  1. Todo esto de la computación cuántica es muy interesante, pero tengo una duda que me lleva carcomiendo un tiempo. ¿Este tipo de máquinas puede ser más potente que un cerebro humano? Me explico, los ordenadores convencionales nos superan en varios aspectos, como potencia de cálculo y capacidad de memorización, pero en cambio no tienen una verdadera inteligencia (incluso si existiera el software adecuado no tendrían capacidad para mover semejante IA).

    ¿Estos ordenadores podrían hacerlo? ¿Podrían superar a un ser humano, no en varios aspectos inteligibles, sino en todos, a modo de "inteligencia superior"?

    Es una pregunta a tener en cuenta…

    • Ese es un problema de software mas que de hardware … aunque tengas el ordenador mas rapido del universo si no tienes el SO que simula al cerebro no tenes nada …

      • estas hablando de que si tienes el ordenador mas rapido del universo y le pones windows sete pasmara con patalla azul ??? jajajajaja

        si es cuestion del SO, el problema es que el serebro prosesa mas informacion que todos los computadores del planeta, el problema esque 90% del proseso se destiana funciones vitales como respirar y hacer que cada cosa funcione de la manera que debe , aparte de las enumerables cantidades de sensores, que aplican miles de funciones al mismo tiempo como sentir(temperatura, precion, cargas) ver (en miles de millones de colores y lograr distinguir objetos con tamaños y formas distintos) lograr profundidad, y apara colmo hacer que todo eso funcione al mismo tiempo y de modo unificado para lograr caminar.

        los robots que hay actualmente quisas el mas sofisticado se componga por cientos quisas miles de sensores, pero no los millones que el cuerpo humano maneja, mas aparte poner la parte de juicio para tomar la decicion y utilizar siempre lo aprendido.

        es algo complejo.

        esperemos que algundia llegue el cerebro positronico que Isaac Asimov alguna vez planteara

      • @krizar: uffff, lamentablemente se me apretó el estomago al leer tu texto, me llama la atención la tremenda cantidad de faltas ortográficas. Tienes que mejorar eso, y tienes mucho trabajo que hacer. Escribes como niño chico.

        Por ej:
        serebro, esque, proseso, destiana, enumerables (creo que quisiste decir "innumerables"), precion, apara, quisas.
        Ademas no partes con mayúsculas!!!

      • para "sd" tu pregunta si este tipo de eordenadores son mas poderosos que cerebros?
        en primer lugar
        1).-son cosas muy distintas… la analogia de comparar el cerebro con un ordenador, es para los que apenas entran al mundo de la computacion, y puedan comprender mas…etc…bla bla.
        2).-es mas que ovio que un ordenador es mejor que un cerebro. pero no me refiero al ordenador que tenemos en casa, ni a las supercomputadoras, ni mucho menos a las compus cuanticas, yo me refiero a un ordenador que aun no existe…(imaginacion)…pero con la tecnologia se puede crear dicho aparato…cuando? no le se. es mas tal vez no lo inventen
        pero el hecho de que si no lo inventan no quiere decir que sea supeior al cerebro.
        en cuandoa tu preguntilla, ponge a analisar un poko mas

        No "esa" computadora no es mejor que el cerebro humano

    • Esto solo sirve para depurar la informacion y para almacenar mas informacion en espacios aun mas reducidos, en cuanto ala IA es un tema aun mas complejo, afortunadamente o desafortunadamente los humanos tenemos y hacemos varias funciones que para las maquinas de hoy en dia les que imposible asi que lo que decidieron fue tomar una de esas tecnicas o habilidades para que nos facilitara el trabajo como por ejemplo hacer calculos , almacenar informacion, procesarla pero jamas van a poder resolver un problema por que ellas no aprenden solo almacenan y aprender es almacenar procesar y "crear" eneste ultimo punto crear las maquinas no lo hacen ellas solo escogen una opcion que el programador haya colocado en su Base de datos asi que aun estamos lejos de que sean mas intelegigentes que nosotros tenemos la herramienta mas poderosa del mundo saludos

      • No sé si lo que dices sea cierto del todo, se han hecho modelos de IA generacionales, es decir, programan una IA para resolver "x" problema, y así mismo para programar otra IA que intente resolver el mismo problema: entonces los resultados son: las generaciones que le siguen sí resuelven el problema mejor que las anteriores (exponencialmente), sólo que son las primeras generaciones las que hacen progresos importantes, después existe un descenso en la eficiencia. El punto es, sí que resuelven problemas, y si alguien tiene la genialidad de crear un soft lo suficientemente eficiente, seguro que podrían resolver problemas muy específicos mejor que los humanos… Pero y eso que importa si sólo pueden resolver problemas específicos y no otros, que importa si no pueden gozar de sus logros. Lo emocionante sería cuando a una máquina le diera por hacer juicios de valor por sí misma, sin un programa previo.

    • @sd: digamos que cerebro y ordenador son máquinas que se complementan. Lo que a uno le cuesta mucho trabajo, el otro lo compensa (a ti te cuesta trabajo realizar cálculos mientras que al ordenador no; y al ordenador le cuesta trabajo reconocer objetos en imágenes, algo que a ti no).
      El cerebro es más como una base de datos con unos "algoritmos naturales" que convierten la información entrante y la saliente y otros que automáticamente añaden y consultan información, mientras que un ordenador es como una calculadora a lo bestia. Convertir una calculadora en una base de datos automatizada es una ardua tarea que, por el momento, nos supera enormemente. El principal escollo está en la conversión de la información entrante (procedente de sensores, cámaras, micrófonos, etc) en información que el resto del sistema sea capaz de entender y aprovechar.

  2. ¿Que haremos con tanta velocidad en un futuro? Esperemos el internet sea tan veloz también, porque imaginense la computadora mas rapida de todos los tiempos y que el internet siga igual.

    • pero si que eres tonto tenemos teleportacion cuantica hoy en dia sigue en fase beta pero no falta mucho que tengamos velocidades descomunales pero bueno en japon tienen 1000 megas de internet pero me pregunto eso que tiene que ver con el ordenador ? no mames el calculo de los procesadores es para renderizar 3d, predicciones financieras,replicar fenomenos naturales tales como huracanes, fisicas como un choque,el diseño de aviones,replicar su aerodinamica,etc;medicas como crear una cadena de adn auto replicante,
      verificar la funcion de enzimas, en el area petroquimica;etc y por supuesto juegos pero dime que tiene que ver tu pc con que tu isp sea un asco? es culpa de tu pais la tecnologia existe que un pais no investige y no invierta es su problema existira quien si quiera avanzar…
      http://www.microsiervos.com/archivo/internet/internet-a-1-gbps-por-89-euros.html

  3. Al día de la fecha, la capacidad de procesamiento de un cerebro humano medible ya fue superada por los supercomputadores a partir del año 2008, (creo que en neoteo estaba la nota) así que el problema no es el hardware.
    Hace poco leí que se había conseguido emular a tiempo real el cerebro de un conejo, célula a célula y que lo estaban utilizando para el diseño de robots de exploración.

  4. aunque sean muy poderosos en procesamiento, nunca igualaran al pensamiento humano, a ningun procesador se le ocurriria desenchufar a un humano.

    • Si ni siquiera tú igualas el pensamiento humano jaja… ay…. Parece mentira, estás siendo testigo del tremendo avance exponencial de la tecnología, podrían darse tremendas sorpresas en los próximos años. Por cierto nunca digas nunca, tú serías el clásico idiota que si hace un siglo le dirían que tendríamos en el futuro grandes máquinas de cientos de miles de toneladas zurcando los cielos te echabas a reír, mira que hoy es lo más comun ver aviones.

    • eso que dices es tener una pequeña mente y cerrada a un criterio no muy amplio…

      oviamente con tecnologia mas avansada a la actual se podria generar una maquina superior al cuerpo humano, incluso que el cerebro… a mi no me cuesta creerlo, solo ha qe analizar un poqito mas…

  5. Superar a un cerebro humano ? como …si la capacidad de solo una neurona es de 27,000 millones de calculos por segundo y en el 2008 era mas o menos la capacidad de la computadora mas veloz 3,000 millones de calculos por segundo y nosotros procesamos con aproximadamente 100,000 millones de neuronas la información, la capacidad de nuestro cerebro en procesamiento paralelo no tiene igual aun, es como tener actualmente la computadora mas veloz y esta a su vez este unida a 100,000 millones mas en paralelo…

  6. La unica forma de casi igualarlo fue cuando usaron neuronas reales y las unieron para tratar de lograr lo mismo en capacidad de procesamiento pero solo unieron una veintena de ellas en un experimento tiempo atrás…

  7. Creo que muchos no entienden aún lo significativo de este avance. Sabemos que las reglas de la física en el mundo subatomico son realmente impresionante, superán la lógica. La capacidad de un electrón de estar en varias pocisones a la vez, es caacteristica es la que quiere explotarse en la computación cuántica. el problema es que el comportamiento físico del electrón u otra particula subatomica se pierde cuando esta interelaciona con el mundo macro. Ese es el verdadero problema del desarrollo de esta tecnología, además el aspecto de estos ordenadores no tendrian casi nada que ver con las laptop que utilizamos actualmente. Para tener una idea de la capacidad de procesamiento que tendria una PC cuántica de 70 q-bits, esta tendría más capacidad de procesamiento OJO que todas las PC que actualmente existen en el mundo juntas. Un código que le puede costar miles de millones de años en desifrar al ordenador más potente del mundo actualmente. Un ordenador cuántico lo puede desifrar en cuestio de horas o minutos. Esto no se trata de almacenamiento, aunque claro también ayuda en eso, esto más que todo es CAPACIDAD DE PROCESAMIENTOS.

  8. Quiero ya mi pacman en qbits.

    Este es un tema que vengo siguiendo con entuciasmo y es alentador que podamos llegar a ver estos ordenadores aunque estoy seguro que su uso será principalmente para dominar y vigilar como ya está comprobado creo que un sistema de solo una o 2 centenas de Qbits va a estar mas que preparado para entender todo sobre nosotros, esperemos estar listo para poder escucharlos jaja. Realmente no importa al fin de cuentas todo pasa y llegará el día en que se convierta en un beneficio para la vida y la investigación en todos los sentidos es maravilloso que las puertas del futuro se hayan entornado hacia un sin fin de posibilidades y si bien este es el ordenador que lo cambiará todo esperemos que sea para bien ya que por ejemplo sabremos que no habra comunicación que no sea leída y escuchada por los sistemas que vienen y tal vez nuestros tataranietos se conviertan en los Runners del Mirror’s Edge por dar un ejemplo pero tambien en pocas decadas podremos predecir el movimiento de todo el universo y saber en que rincón y momento nos convendra estar algún día para seguir disfrutando de nuestra maravillosa existencia hasta el fin de los tiempos. QBITS WOW Salud Educación Investigación basada en esto es inimaginable lo que podremos soñar. Mis mayores deseos de que no estemos en los portales de una pesadilla.

  9. esta interesante el tema para investigacion pero como es la respuesta en cuanto a la señal que seria la funcion de onda asociada al fenomeno cuantico

  10. Ayer leia en el corriere della sera (corriere.it) que han hecho un microprocesador en vidrio y que la puerta de enlace también es Italiana, es un avance notorio en el campo y aportará seguramente un gran cambio al área misma.

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