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Sobre los avances del conocimiento humano en estos campos, y el debate de teorías e hipótesis planteadas con rigurosidad y método científico.
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Computación Cuántica

15 Feb 2018, 23:25

Me declaro un enamorado de la Ciencia, antes que de la Tecnología; pues la primera es la Madre de la segunda.

Sin Ciencia pura, no existiría la Tecnología.

La Ciencia es la que hace los verdaderos descubrimientos, y la Tecnología le encuentra a cada uno de ellos aplicaciones prácticas (y sobretodo comerciales $$$), que le facilitan la vida a la gente (y la empujan a gastar su dinero para no quedar desactualizados ).

Los escalones tecnológicos, como lograr chips más pequeños, más rápidos y/o con menor consumo de energía, son una carrera de la que disfrutamos sus beneficios; pero al menos en mi caso esa carrera “tecnológica” no logra satisfacerme intelectualmente, pues no devela misterios aportando nuevos conocimientos,… cosa que SI hace la Ciencia, y por eso me apasiona tanto.

Es la Ciencia la que abre nuevos horizontes, y al mismo tiempo le pone límites físicos precisos a los horizontes anteriores que estaba usufructuando la Tecnología vigente. Por eso considero fundamental que, los que actuamos en alguna Tecnología de las tantas que existen, siempre entendamos la Ciencia que le dio sustento.

La Tecnología basada en la Electrónica, y la Computación “Clásica” que de ella hace uso con los chips de silicio, está llegando a su límite; y la Ley de Moore (que dice que cada 18 meses se duplica la cantidad de transistores que pueden caber en un chip), tan perfectamente cumplida durante 50 años; hoy ya sabemos tiene fecha de vencimiento estimada para el año 2020 o antes.
Aunque logren minimizarse los problemas de disipación del calor usando nuevos materiales como el grafeno, o disposiciones geométricas ingeniosas para los chips; el límite a la escala de integración estará dado por la incidencia del EFECTO TÚNEL dentro del transistor, entre canales de conducción extremadamente cercanos al reducirse sus dimensiones.

Brevemente ese efecto se explica así: un electrón que como partícula solo debería circular por determinado lugar del transistor como parte de una corriente eléctrica, puede “aparecer” en otro lugar equivocado con una probabilidad no despreciable, pues también se comporta como una onda, saltando una barrera física de potencial, que como partícula “clásica” no podría vencer.
Es como si, de vez en cuando, un electrón (actuando como “onda”) atravesara un túnel agujereando la barrera, y llegase al otro lado; de allí el nombre del efecto “túnel”. Cuanto menor sea la distancia que separa las zonas, mayor será la probabilidad de que ocurra el fenómeno, y por lo tanto que falle el transistor.

Se manifiesta así en todo su esplendor la dualidad onda-partícula del mundo cuántico, cuya demostración a comienzos del siglo pasado le valió el Premio Nobel de Física a Louis-Victor De Broglie (1892-1987); aunque en este caso sea un problema para un transistor “clásico”, el que ya no podrá seguir reduciéndose en tamaño. Dejo constancia que existen otros dispositivos que fueron diseñados específicamente para usar el efecto túnel como algo favorable para su cometido (diodo de efecto túnel y transistor de efecto túnel); pero eso escapa a este breve resumen.
Creo que estamos por vivir un punto de inflexión que cambiará todos los paradigmas en Computación; y todas las disciplinas profesionales relacionadas con ésta.

La Inteligencia Artificial será en lo inmediato un gran tema de debate (tecnológico, filosófico, ético y de seguridad para el Ser Humano). El poder que alcanzaría un ingenio cibernético usando hardware cuántico y algoritmos cuánticos de software para Inteligencia Artificial, con capacidad de autoaprendizaje… ya de por sí representarán un problema ético al generarse emociones en esa conciencia artificial, con sus Derechos “Cyber Humanos” que no podrían ser moralmente negados… y un problema de seguridad para el Ser Humano si esa entidad considerase que… “los humanos somos descartables e innecesarios para su supervivencia y reproducción”… Los Cyborgs que vemos en series de Ciencia Ficción, ya no serán ficción.

No en vano los Científicos y los Tecnólogos relacionados con Inteligencia Artificial, están empezando a debatir estas cuestiones; y ya saben que todo experimento debe realizarse en una “caja de arena” (sandbox), que limita el acceso de esa inteligencia artificial a un entorno siempre controlado por el hombre.

Como Ingeniero en Electrónica fue un privilegio para mí haber presenciado los saltos ocurridos en la segunda mitad del Siglo XX y lo que va del XXI: primero la Electrónica basada en las viejas válvulas termoiónicas de vacío, que aún se usaban en mi niñez (nací en 1957), en equipos de comunicaciones, radios, TV y amplificadores de nuestras casas; y cuyo funcionamiento me fue enseñado en mi carrera de Técnico Electrónico en la Escuela Secundaria, e incluso en los primeros dos años de la Universidad; porque las válvulas se seguían usando a pesar que el transistor ya había sido descubierto hacía como 20 años atrás desde aquellas épocas de estudiante.

Posteriormente vino el uso masivo del transistor, que dio inicio a la “Electrónica de estado sólido” pero todavía discreta, es decir con los transistores, diodos, resistores, capacitores e inductores como unidades separadas e individuales... ¡Cómo disfruté armando el kit de la “radio Spika” y regalándosela a mi padre para un cumpleaños!.

Luego aparecieron los Circuitos Integrados (chips), que aglutinan muchos transistores en una misma pastilla para cumplir un objetivo determinado (procesadores, memorias, amplificadores, transceptores; etc).

Ahora me toca estar presenciando el gran salto que implicará “la muerte” de la Electrónica como tecnología para el procesamiento y transmisión de la Información; siendo reemplazada con beneficios por la “Fotónica” y la “Computación Cuántica”. Mi Profesión dentro de una década tal vez debiera cambiar su nombre en la Carrera Universitaria.

Ya no serán los electrones, con su carga eléctrica, presentes o ausentes en cierta celda capacitiva junto a cada transistor, los encargados de representar un “0” ó un “1” como unidad de información clásica (bit); y en consecuencia ya no se perderá tanta energía en forma de calor como ocurre ahora cuando éstos circulan por un chip.

Lo que viene son los Qbits (Quanta bits = bits cuánticos), que pueden adoptar el valor “0”, el valor “1”, o un estado de superposición cuántica de esos dos estados … y no estando soportados en una carga eléctrica, sino representados por un estado cuántico (por ejemplo el spin de una partícula, la polarización de un fotón, etc.); entrelazada con otra “apareada” sobre la que se hace la lectura (con precauciones muy especiales). El entrelazamiento cuántico es algo literalmente fantástico, que rompe hasta el último resquicio de “sentido común”, si es que quedaba alguno en Teoría Cuántica.

Empresas muy poderosas (Google, NASA, Lockheed Martin, etc.); y Organismos de Seguridad de las grandes Potencias, están contratando a destacados Físicos Teóricos con jugosos sueldos; e invirtiendo cuantiosos recursos en laboratorios e instrumental específico para que ellos experimenten a gusto, y descubran... y lleven a la práctica sus logros.

A Google le interesa la capacidad de la Computación Cuántica para procesar en tiempo real las inmensas cantidades de información que viaja por las redes (Big Data), generada por nosotros mismos, los miles de millones de humanos cuando usamos cualquier servicio tecnológico de la vida cotidiana conectado a las redes; para descubrir patrones de comportamiento de cada uno de nosotros y ofrecernos publicidades “personalizadas a medida”, con la que esa Compañía gana fortunas. Como usuario satisfecho de tantos servicios gratuitos que brinda Google, a mí no me molesta eso pues no tengo nada que ocultar; pero hay otros que sí se “rasgan las vestiduras” hablando de “El Gran Hermano”, “El Imperio”, etc… en fin; son puntos de vista.

A la NASA y Lockheed Martin les interesa la capacidad de procesar muy rápidamente simulaciones, por ejemplo evoluciones gravitacionales de varios cuerpos en un viaje interestelar de alguna sonda no tripulada, o la aerodinámica de nuevos modelos de aeronaves a un nivel de precisión nunca visto; resolviendo velozmente, o hallando aproximaciones de sistemas no lineales de ecuaciones diferenciales, de comportamiento caótico.

A los Organismos de Seguridad les interesa las aplicaciones criptográficas (segurizar la transferencia de claves de información por canales cuánticos, imposible de ser desencriptada por extraños sin que se rompa la información contenida; por los principios que rigen el mundo cuántico); o bien para “olfatear” con su tremendo poder de cálculo a los países que todavía usen los actuales sistemas criptográficos “no cuánticos”, y que todavía consideramos “seguros” porque creemos que con la capacidad de cálculo ACTUAL se necesitarían miles de años para romper una clave…. Pero con la Cuántica se podría hacer en media hora.

Ya hay prototipos de computadoras cuánticas elementales de unos pocos qubits (entre 2 y 16 qbits), que funcionaron durante un tiempo suficiente como para resolver problemas, antes de caer en la “decoherencia” del entrelazamiento cuántico de las partículas que formaban los qubits; un problema tecnológico que se esfuerzan por resolver.

Esto es lo que se conoce; pero seguramente ya hay mucho más que no se filtra al público… A los interesados en saber algo más que lo que informa Wikipedia sobre los principios de la Computación Cuántica, les dejo un excelente texto de apoyo que pueden usar personalmente sin fines comerciales, cuyo Autor es un Docente español llamado Vicente Moret Bonillo © https://drive.google.com/open?id=0B9sZZ ... XlXSlZpbHc

¡Saludos!
Ing. Daniel Mauricio Bergés.
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