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Las computadoras cuánticas explicadas - Los límites de la tecnología humana

  • 0:00 - 0:03
    Durante la mayoría de nuestra historia,
    la tecnología consistió de
  • 0:04 - 0:07
    nuestros cerebros, fuego,
    y palos puntiagudos.
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    Mientras que el fuego y los palos puntiagudos
    se volvieron plantas y armas nucleares,
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    la mayor actualización le ocurrió
    a nuestros cerebros.
  • 0:13 - 0:18
    Desde los años 60, el poder de nuestros
    cerebros artificiales ha aumentado exponencialmente,
  • 0:18 - 0:22
    permitiendo computadoras más pequeñas
    y más poderosas a la misma vez.
  • 0:22 - 0:26
    Pero este proceso está por
    alcanzar su límite físico.
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    Las partes de la computadora
    están alcanzando el tamaño de un átomo.
  • 0:29 - 0:33
    Para entender por qué es un problema,
    debemos aclarar lo básico.
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    Una computadora está hecha de componentes
    muy simples haciendo cosas muy simples,
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    representando a los datos, la forma de
    procesarlos y controlar los mecanismos.
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    Los chips de computadora contienen módulos,
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    los cuales contienen puertas lógicas,
    los cuales contienen transistores.
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    Un transistor es la forma más simple
    de un procesador de datos en computadoras,
  • 0:59 - 1:02
    básicamente, un interruptor que
    puede bloquear o abrir
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    el camino para la información que entra.
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    Esta información están hechos de bits,
    los cuales pueden ser o cero o uno.
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    Combinaciones de muchos bits son usados para
    representar información más compleja.
  • 1:14 - 1:18
    Los transistores se combinan para crear puertas
    lógicas, que aún hacen cosas muy simples.
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    Por ejemplo, una puerta Y envía una salida
    de uno si todas sus entradas son uno
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    y una salida de cero en su defecto.
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    Las combinaciones de puertas lógicas finalmente
    forman módulos significativos,
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    digamos, para agregar dos números.
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    Cuando puedas agregar, también podrás multiplicar,
    y cuando puedas multiplicar,
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    puedes hacer básicamente cualquier cosa.
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    Ya que las operaciones básicas son literamente
    más simple que matemáticas de primer grado,
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    puedes imaginar una computadora como
    un grupo de niños de siete años
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    resolviendo problemas matemáticos muy básicos.
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    Un grupo grande de ellos pueden computar de
    todo, desde astrofísica hasta Zelda.
  • 1:51 - 1:54
    Sin embargo, con las partes
    haciéndose más pequeñas,
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    la física cuántica está haciendo las cosas
    más complicadas.
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    En resumen, un transistor es solo
    un interruptor eléctrico.
  • 2:00 - 2:03
    La electricidad son electrones moviéndose
    de un lado a otro,
  • 2:03 - 2:08
    así que un interruptor es un pasaje que puede
    bloquear a los electrones de moverse en una dirección.
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    Hoy, una escala típica para los
    transistores es de 14 nanómetros,
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    lo cual es aproximadamente 8 veces más
    pequeño que el diámetro del virus del VIH
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    y 500 veces más pequeño
    que el de un glóbulo rojo.
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    Mientras los transistores se empequeñecen
    al tamaño de apenas unos átomos,
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    los electrones podrían simplemente transferirse
    al otro lado de un pasaje bloqueado
  • 2:26 - 2:29
    a través de un proceso llamado "Efecto túnel."
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    En el reino cuántico, la física
    funciona de forma muy diferente a
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    la forma predecible a la que estamos
    acostumbrados,
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    y las computadoras tradicionales
    simplemente dejan de tener sentido.
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    Nos aproximamos a una barrera física real
    para nuestro progreso tecnológico.
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    Para solucionar este problema,
    los científicos están tratando de
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    usar estas propiedades cuánticas inusuales
    para su provecho
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    para así construir computadoras cuánticas.
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    En computadoras normales, los bits son
    las unidades más pequeñas de información.
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    Las computadoras cuánticas usan qubits, los
    cuales pueden ser uno de dos valores.
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    Un qubit puede ser cualquier
    sistema cuántico de dos niveles,
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    como un giro en un campo magnético
    o un simple fotón.
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    Cero y uno son los estados
    posibles de este sistema,
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    como la polarización horizontal
    o vertical del fotón.
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    En el mundo cuántico, el qubit no tiene
    que estar necesariamente en uno de estos;
  • 3:15 - 3:18
    puede estar en cualquier proporción
    de ambos estados a la vez.
  • 3:18 - 3:20
    Esto se llama superposición.
  • 3:21 - 3:25
    Pero enseguida que pruebes su valor, por
    ejemplo enviando el fotón a través de un filtro,
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    tiene que decidir entre estar
    polarizado vertical u horizontalmente.
  • 3:29 - 3:34
    Así que, mientras que no sea observado, el qubit
    estará en una superposición de probabilidades
  • 3:34 - 3:37
    para cero y uno, y no puedes
    predecir cuál será.
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    Pero en el instante que lo midas, se
    colapsará en uno de los estados definidos.
  • 3:43 - 3:45
    La superposición cambia el juego completamente.
  • 3:45 - 3:48
    Cuatro bits blásicos pueden ser
    2 elevado a 4
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    configuraciones diferentes a la vez.
  • 3:51 - 3:54
    Eso significa 16 combinaciones posibles,
    de las cuales solo puedes usar una.
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    Sin embargo, cuatro qubits en superposición,
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    ¡pueden estar en todas esas
    16 combinaciones a la vez!
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    Este número crece exponencialmente
    con cada qubit extra.
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    20 de ellos ya pueden almacenar
    un millón de valores en paralelo.
  • 4:09 - 4:12
    Una propiedad muy extraña y poco
    intuitiva que los qubits pueden tener
  • 4:12 - 4:15
    es el enlazamiento, una conexión cercana
    que hace que cada uno de los qubits
  • 4:15 - 4:18
    reaccionen a un cambio en el estado
    del otro instantáneamente,
  • 4:18 - 4:21
    sin importar qué tan lejos estén.
  • 4:21 - 4:24
    Esto significa que cuando medimos
    un qubit enlazado,
  • 4:24 - 4:28
    puedes deducir directamente las propiedades
    de su compañero sin tener que mirar.
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    La manipulación qubit también
    es una confusión.
  • 4:31 - 4:34
    Una puerta lógica normal consigue
    un set de entradas simples
  • 4:35 - 4:37
    y produce una salida definida.
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    Una puerta cuántica manipula
    una entrada de superposiciones,
  • 4:40 - 4:45
    rota probabilidades, y produce otra
    superposición como su salida.
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    Una computadora cuántica configura algunos
    qubits, hace que las puertas cuánticas las enlacen
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    y manipula probabilidades,
    midiendo al final la salida,
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    colapsando las superposiciones a una
    secuencia de ceros y unos.
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    Lo que significa es que
    consigue el lote de cálculos
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    que son posibles con tu configuración
    hechas todas a la misma vez.
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    Al final, solo puedes
    medir uno de los resultados,
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    y probablemente solo será
    el resultado que quieres,
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    así que probablemente tengas que
    asegurarte y chequear de nuevo.
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    Pero explotando inteligentemente
    la superposición y el enlazamiento,
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    esto puede ser exponencialmente más eficiente
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    que lo que podría ser posible
    en una computadora normal.
  • 5:22 - 5:26
    Así que, mientras que las computadoras cuánticas
    probablemente no reemplacen nuestras PCs,
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    en muchas áreas son muy superiores.
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    Una de ellas es la búsqueda de la base de datos.
  • 5:31 - 5:32
    Para buscar algo en una base de datos,
  • 5:32 - 5:36
    una computadora normal quizá tenga
    que probar cada una de sus entradas.
  • 5:36 - 5:39
    Los algorritmos cuánticos solo necesitan
    la raíz cuadrada de ese tiempo,
  • 5:39 - 5:42
    lo cual, para bases de datos grandes,
    es una gran diferencia.
  • 5:43 - 5:47
    El uso más famoso de las computadoras
    cuánticas es arruinar la seguridad de la Informática.
  • 5:47 - 5:50
    Ahora mismo, tu correo de navegación
    y datos bancarios
  • 5:50 - 5:54
    están seguros por un sistema de encriptación
    por el cual le das a todos
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    una llave pública para codificar mensajes
    que solo tú puedes decodificar.
  • 5:57 - 6:00
    El problema es que esta llave
    pública puede ser usada
  • 6:00 - 6:02
    para calcular tu llave privada secreta.
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    Por suerte, haciendo las matemáticas
    necesarias en computadoras normales
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    tomaría literalmente años
    de prueba y error.
  • 6:09 - 6:11
    Pero una computadora cuántica con
    un acelerón exponencial
  • 6:11 - 6:13
    podría hacerlo en un tris.
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    Otro nuevo uso realmente
    excitante son las simulaciones.
  • 6:16 - 6:19
    Simulaciones del mundo cuántico
    consumen muchos recursos,
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    e incluso para estructuras más grandes,
    como las moléculas,
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    usualmente no soy muy precisas.
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    ¿Entonces por qué no simular la física cuántica
    con verdadera física cuántica?
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    Las simulaciones cuánticas podrían proveer
    nuevas percepciones en las proteínas
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    que podrían revolucionar la medicina.
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    Ahora mismo no sabemos si las
    computadoras cuánticas serán
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    solo una herramienta muy especializada
    o una gran revolución para la humanidad.
  • 6:41 - 6:47
    No tenemos idea de cuáles son los límites,
    ¡y solo hay una forma de averiguarlo!
  • 6:48 - 6:51
    Este video está apoyado por
    la Academia Australiana de Ciencias,
  • 6:51 - 6:54
    la cual promueve y apoya
    la excelencia en la ciencia.
  • 6:54 - 6:57
    Aprende más sobre este tema y
    otros similares
  • 6:57 - 6:59
    en nova.org.au
  • 6:59 - 7:03
    Fue divertido trabajar con ellos,
    ¡así que visiten su sitio!
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Title:
Las computadoras cuánticas explicadas - Los límites de la tecnología humana
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