¿Cómo nos sorprenderá la tecnología? Computadoras del futuro (parte 1)

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Hemos estado observando un progreso impresionante en el campo de la tecnología de la información durante varias décadas. Las computadoras se están volviendo cada vez más poderosas: equipos que costaban mucho hace unos años y eran de la más alta calidad, hoy en día difícilmente califican para la clase media. Los teléfonos inteligentes se producen con una potencia similar a la de las PC de hace 5-6 años. Incluso están apareciendo chips rápidos en los relojes. Todo esto es impresionante, pero alguien tiene que hacerse esta pregunta: ¿cuándo vamos a alcanzar el límite del desarrollo? ¿Estamos más cerca de llegar al "techo tecnológico"? ¿Cómo serán las computadoras del futuro?

Ordenadores: el límite de posibilidades

En la década de 1960, Gordon Moore, cofundador de Intel, inventó una ley según la cual el número de transistores en los sistemas de esa época se duplica cada año. Esta regla se modificó posteriormente; hoy en día se dice que se duplica la potencia de los procesadores cada dos años. Empiria ha demostrado que la ley de Moore funciona casi a la perfección: puede ser observada por cualquiera que mejore su equipo informático cada pocos años. El principal impulsor del desarrollo es la miniaturización: se las arregla para meter más transistores en menos espacio. Las capacidades del silicio, el material principal del que se fabrican los chips, se están agotando lentamente. Por lo tanto, durante varios años se ha utilizado un enfoque diferente para atornillar el rendimiento del procesador. Hoy en día, la sincronización del componente, expresada en gigahercios (GHz), es menos importante: los últimos jugos de silicio se exprimen utilizando varios núcleos integrados en un sistema, que a menudo pueden realizar dos tareas simultáneamente (subprocesos).

En aplicaciones científicas, el llamado supercomputadoras o máquinas gigantes que ocupan habitaciones enteras y necesitan tanta electricidad como las ciudades pequeñas. Velocidades de cómputo impresionantes - actualmente el superordenador más eficiente es el Tianhe-2 chino con casi 34 PFLOPS - se logra fusionando cientos o incluso miles de circuitos individuales. Casi todos los años, el líder en el ranking TOP500 cambia, que clasifica a los monstruos informáticos más rápidos del mundo. Cada monstruo sucesivo es más grande que el anterior y usa más electricidad, por lo que nuevamente surge la pregunta: ¿dónde está la barrera para el desarrollo? E incluso si la mejora del rendimiento de las supercomputadoras continuara sin obstáculos de esta manera, ¿vale la pena? ¿Qué nos pueden dar las computadoras del futuro?

Las computadoras del futuro, es decir, las computadoras cuánticas

Una de las direcciones de desarrollo alternativas a los sistemas de silicio clásicos es la tecnología cuántica, que en la actualidad todavía está en pañales. Se trata de utilizar fenómenos inusuales que tienen lugar a nivel subatómico, es decir, microscópico. Este pequeño mundo tiene reglas completamente diferentes a las que gobiernan nuestra realidad macroscópica. Al observar el modelo atómico, una mente acostumbrada a la física clásica percibirá el núcleo del átomo-electrón como similar a un sistema planetario. Sin embargo, este no es el caso, resulta que solo es posible determinar el área en la que se encuentra el electrón con cierta probabilidad, porque según las leyes de la mecánica cuántica vuela en todas direcciones ... simultáneamente. Curiosamente, esta propiedad inusual desaparece cuando el acto de observación interrumpe esta frágil situación, que se llama superposición.

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Para explicar mejor las peculiaridades cuánticas, vamos a referirnos a un interesante experimento mental propuesto por el eminente físico Erwin Schroedinger. Imagina una caja en la que ponemos un gato, un isótopo radiactivo que libera una partícula de radiación de vez en cuando, una botella de veneno y un contador Geiger. Estos tres elementos proporcionan un mecanismo que libera la toxina tan pronto como se detecta una emisión de radiación. Cerramos la caja y empezamos a pensar. Cuando miramos la caja, no sabemos si el gato está vivo o si fue envenenado; solo podemos determinar la posibilidad de una condición u otra. Esto es lo que refleja la forma de pensar característica de la física macroscópica clásica. Pero en términos cuánticos, debes razonar de manera diferente: en una caja cerrada, el gato está vivo y muerto. Solo mirar hacia adentro le permite hacer una evaluación definitiva. Y así es como funciona la mecánica en el mundo microscópico: los cuantos tienen muchos estados al mismo tiempo hasta que se realiza el acto de observarlos, que es también el acto de alterar su superposición.

Los científicos comenzaron a preguntarse cómo utilizar la mecánica cuántica para aplicaciones de tecnología de la información. Y se les ocurrió una idea, y si es así, en lugar de en bits basados ​​en el flujo de corriente dentro del sistema, la información debe almacenarse en cuantos, que pueden tomar muchos valores diferentes al mismo tiempo. Un bit clásico puede expresar 1 (flujo de corriente) o 0 (sin flujo), y un bit cuántico (qubit) debería poder representar ambos a la vez, ¡y todos los números intermedios! Sin embargo, había un "pequeño problema": ¿cómo se puede construir una computadora basada en esta mecánica, cuando cualquier interferencia (e incluso mera observación) en un sistema así destruirá las asombrosas habilidades cuánticas? Así, el principal desafío para los científicos que soñaban con una computadora superrápida era mantener la superposición de los cuantos el mayor tiempo posible para poder incorporarlos en cálculos complejos. Puede leer más sobre el progreso en esta área en el artículo Computadoras cuánticas.