Durante la mayoría de nuestra historia, la tecnología consistió de
nuestros cerebros, fuego, y palos puntiagudos.
Mientras que el fuego y los palos puntiagudos se volvieron plantas y armas nucleares,
la mayor actualización le ocurrió a nuestros cerebros.
Desde los años 60, el poder de nuestros cerebros artificiales ha aumentado exponencialmente,
permitiendo computadoras más pequeñas y más poderosas a la misma vez.
Pero este proceso está por alcanzar su límite físico.
Las partes de la computadora están alcanzando el tamaño de un átomo.
Para entender por qué es un problema, debemos aclarar lo básico.
Una computadora está hecha de componentes muy simples haciendo cosas muy simples,
representando a los datos, la forma de procesarlos y controlar los mecanismos.
Los chips de computadora contienen módulos,
los cuales contienen puertas lógicas, los cuales contienen transistores.
Un transistor es la forma más simple de un procesador de datos en computadoras,
básicamente, un interruptor que puede bloquear o abrir
el camino para la información que entra.
Esta información están hechos de bits, los cuales pueden ser o cero o uno.
Combinaciones de muchos bits son usados para representar información más compleja.
Los transistores se combinan para crear puertas lógicas, que aún hacen cosas muy simples.
Por ejemplo, una puerta Y envía una salida de uno si todas sus entradas son uno
y una salida de cero en su defecto.
Las combinaciones de puertas lógicas finalmente forman módulos significativos,
digamos, para agregar dos números.
Cuando puedas agregar, también podrás multiplicar, y cuando puedas multiplicar,
puedes hacer básicamente cualquier cosa.
Ya que las operaciones básicas son literamente más simple que matemáticas de primer grado,
puedes imaginar una computadora como un grupo de niños de siete años
resolviendo problemas matemáticos muy básicos.
Un grupo grande de ellos pueden computar de todo, desde astrofísica hasta Zelda.
Sin embargo, con las partes haciéndose más pequeñas,
la física cuántica está haciendo las cosas más complicadas.
En resumen, un transistor es solo un interruptor eléctrico.
La electricidad son electrones moviéndose de un lado a otro,
así que un interruptor es un pasaje que puede bloquear a los electrones de moverse en una dirección.
Hoy, una escala típica para los transistores es de 14 nanómetros,
lo cual es aproximadamente 8 veces más pequeño que el diámetro del virus del VIH
y 500 veces más pequeño que el de un glóbulo rojo.
Mientras los transistores se empequeñecen al tamaño de apenas unos átomos,
los electrones podrían simplemente transferirse al otro lado de un pasaje bloqueado
a través de un proceso llamado "Efecto túnel."
En el reino cuántico, la física funciona de forma muy diferente a
la forma predecible a la que estamos acostumbrados,
y las computadoras tradicionales simplemente dejan de tener sentido.
Nos aproximamos a una barrera física real para nuestro progreso tecnológico.
Para solucionar este problema, los científicos están tratando de
usar estas propiedades cuánticas inusuales para su provecho
para así construir computadoras cuánticas.
En computadoras normales, los bits son las unidades más pequeñas de información.
Las computadoras cuánticas usan qubits, los cuales pueden ser uno de dos valores.
Un qubit puede ser cualquier sistema cuántico de dos niveles,
como un giro en un campo magnético o un simple fotón.
Cero y uno son los estados posibles de este sistema,
como la polarización horizontal o vertical del fotón.
En el mundo cuántico, el qubit no tiene que estar necesariamente en uno de estos;
puede estar en cualquier proporción de ambos estados a la vez.
Esto se llama superposición.
Pero enseguida que pruebes su valor, por ejemplo enviando el fotón a través de un filtro,
tiene que decidir entre estar polarizado vertical u horizontalmente.
Así que, mientras que no sea observado, el qubit estará en una superposición de probabilidades
para cero y uno, y no puedes predecir cuál será.
Pero en el instante que lo midas, se colapsará en uno de los estados definidos.
La superposición cambia el juego completamente.
Cuatro bits blásicos pueden ser 2 elevado a 4
configuraciones diferentes a la vez.
Eso significa 16 combinaciones posibles, de las cuales solo puedes usar una.
Sin embargo, cuatro qubits en superposición,
¡pueden estar en todas esas 16 combinaciones a la vez!
Este número crece exponencialmente con cada qubit extra.
20 de ellos ya pueden almacenar un millón de valores en paralelo.
Una propiedad muy extraña y poco intuitiva que los qubits pueden tener
es el enlazamiento, una conexión cercana que hace que cada uno de los qubits
reaccionen a un cambio en el estado del otro instantáneamente,
sin importar qué tan lejos estén.
Esto significa que cuando medimos un qubit enlazado,
puedes deducir directamente las propiedades de su compañero sin tener que mirar.
La manipulación qubit también es una confusión.
Una puerta lógica normal consigue un set de entradas simples
y produce una salida definida.
Una puerta cuántica manipula una entrada de superposiciones,
rota probabilidades, y produce otra superposición como su salida.
Una computadora cuántica configura algunos qubits, hace que las puertas cuánticas las enlacen
y manipula probabilidades, midiendo al final la salida,
colapsando las superposiciones a una secuencia de ceros y unos.
Lo que significa es que consigue el lote de cálculos
que son posibles con tu configuración hechas todas a la misma vez.
Al final, solo puedes medir uno de los resultados,
y probablemente solo será el resultado que quieres,
así que probablemente tengas que asegurarte y chequear de nuevo.
Pero explotando inteligentemente la superposición y el enlazamiento,
esto puede ser exponencialmente más eficiente
que lo que podría ser posible en una computadora normal.
Así que, mientras que las computadoras cuánticas probablemente no reemplacen nuestras PCs,
en muchas áreas son muy superiores.
Una de ellas es la búsqueda de la base de datos.
Para buscar algo en una base de datos,
una computadora normal quizá tenga que probar cada una de sus entradas.
Los algorritmos cuánticos solo necesitan la raíz cuadrada de ese tiempo,
lo cual, para bases de datos grandes, es una gran diferencia.
El uso más famoso de las computadoras cuánticas es arruinar la seguridad de la Informática.
Ahora mismo, tu correo de navegación y datos bancarios
están seguros por un sistema de encriptación por el cual le das a todos
una llave pública para codificar mensajes que solo tú puedes decodificar.
El problema es que esta llave pública puede ser usada
para calcular tu llave privada secreta.
Por suerte, haciendo las matemáticas necesarias en computadoras normales
tomaría literalmente años de prueba y error.
Pero una computadora cuántica con un acelerón exponencial
podría hacerlo en un tris.
Otro nuevo uso realmente excitante son las simulaciones.
Simulaciones del mundo cuántico consumen muchos recursos,
e incluso para estructuras más grandes, como las moléculas,
usualmente no soy muy precisas.
¿Entonces por qué no simular la física cuántica con verdadera física cuántica?
Las simulaciones cuánticas podrían proveer nuevas percepciones en las proteínas
que podrían revolucionar la medicina.
Ahora mismo no sabemos si las computadoras cuánticas serán
solo una herramienta muy especializada o una gran revolución para la humanidad.
No tenemos idea de cuáles son los límites, ¡y solo hay una forma de averiguarlo!
Este video está apoyado por la Academia Australiana de Ciencias,
la cual promueve y apoya la excelencia en la ciencia.
Aprende más sobre este tema y otros similares
en nova.org.au
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