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Durante la mayor parte de nuestra historia

la tecnología humana consistió en nuestros cerebros, fuego y palos afilados.

Mientras que el fuego y los palos afilados se convirtieron en plantas de energía y armas nucleares

la más grande mejora le ha ocurrido a nuestros cerebros.

Desde los años 60’s, el poder de nuestros cerebros artificiales ha mantenido un crecimiento exponencial

permitiendo a las computadoras volverse más pequeñas y más poderosas al mismo tiempo.

Pero este proceso está a punto de alcanzar sus límites físicos.

Las partes de las computadoras se aproximan al tamaño de un átomo.

Para entender por qué esto es un problema, debemos explicar lo más básico.

Una computadora está hecha de componentes muy simples

los cuáles hacen cosas muy sencillas, representando datos

los medios para procesarla y mecanismos de control.

Los chips de una computadora contienen módulos,

los cuáles contienen puertas lógicas,

las que contienen transistores.

El transistor es la forma más simple de procesamiento de datos en las computadoras,

y son básicamente interruptores que bloquean o permiten el paso de información entrante.

Esta información está compuesta por “bits” a los cuáles se les es asignado un “cero” o un “uno”.

Las combinaciones de muchos bits son usadas para representar información más compleja.

Los transistores son combinados para crear puertas lógicas,

las cuáles aún realizan cosas muy sencillas.

Por ejemplo:

Una compuerta “AND” manda una salida de 1 sólo si sus dos entradas son 1,

y una salida de 0 en caso contrario.

Las combinaciones de compuertas lógicas finalmente forman módulos significativos

digamos, para sumar dos números.

Una vez que se logra sumar, se logra multiplicar

y una vez que puedes multiplicar, básicamente puedes hacer lo que sea.

Como todas las operaciones básicas son literalmente más simples que las matemáticas de primer grado

es posible imaginar a una computadora como un grupo de niños de 7 años

respondiendo preguntas matemáticas realmente básicas.

Otro montón de ellos, suficientemente grande, podría calcular lo que sea

desde astrofísica, hasta Zelda.

Sin embargo, con estas partes volviéndose cada vez más pequeñas

la física cuántica está volviendo las cosas un poco problemáticas.

En resumen: Un transistor es sólo un interruptor eléctrico.

La electricidad, son electrones moviéndose de un lugar a otro

así que un interruptor, es un pasaje que puede bloquear el movimiento de electrones en una dirección.

Hoy día, la escala típica para los transistores es de 14 nanómetros

lo que representa 8 veces menos que el diámetro del virus del VIH

y 500 veces más pequeño que los glóbulos rojos.

Conforme los transistores se encogen al tamaño de sólo algunos átomos

los electrones simplemente se transfieren a sí mismos al otro lado del camino bloqueado

por medio de un proceso llamado “el efecto túnel”.

En el reino de la cuántica, la física funciona muy diferente a la forma predecible

a la que estamos acostumbrados

y las computadoras tradicionales simplemente no hacen sentido.

Nos estamos acercando a una barrera física real para nuestro progreso tecnológico.

Para resolver este problema, los científicos están tratando de usar propiedades cuánticas inusuales

en su propio beneficio, al construir computadoras cuánticas.

En las computadoras normales, los bits son las unidades más pequeñas de información.

Las computadoras cuánticas usan “qubits”, los cuales también pueden tener uno de esos dos valores.

Un qubit puede ser cualquier sistema cuántico de dos niveles

tal como un “spin” en un campo electromagnético

o un único fotón.

“0” y “1” son los posibles estados del sistema

tal como la polarización horizontal o vertical de un fotón.

En el mundo cuántico, el qubit no tiene que estar sólo en uno de esos valores

sino que puede estar en cualquier proporción de ambos estados al mismo tiempo.

Esto es llamado “superposición”.

Pero tan pronto como pruebas su valor, digamos, al mandar al fotón a través de un filtro

tendrá que decidir estar vertical, u horizontalmente polarizado.

Así que, mientras no sea observado, el qubit es una superposición de probabilidades

para “0” ó “1”, y puedes predecir cuál es el que podría ser…

Pero en el instante en el que lo mides, colapsa en uno de los estados definitivos.

La superposición, es una tramposa.

Para los bits clásicos se puede estar en una de dos, para un par en cuatro configuraciones diferentes

al mismo tiempo.

Eso son 16 posibles combinaciones de las cuáles podemos ocupar sólo una.

Para los qubits en superposición, sin embargo,

se es posible estar en todas esas 16 combinaciones al mismo tiempo

Este número crece exponencialmente con cada qubit extra.

Veinte de ellos pueden almacenar 1 millón de valores en paralelo.

Una propiedad realmente extraña y nada intuitiva que los qubits pueden tener

es el “entrelazamiento”, una estrecha conexión que hace a los qubits

reaccionar al cambio de otros instantáneamente,

no importando qué tan lejos estén separados.

Esto significa que cuando se mide sólo un qubit entrelazado,

se pueden deducir directamente las propiedades de sus compañeros, sin siquiera tener que mirar.

La manipulación de qubits es un dolor de cabeza, también.

Una compuerta lógica normal, obtiene un conjunto simple de entradas

y produce una salida definitiva.

Una compuerta cuántica, manipula una entrada de superposiciones,

rota probabilidades,

y produce otra superposición como salida.

Así que en las computadoras cuánticas tienen a unos cuantos grupos de qubits,

a los que les aplica compuertas cuánticas para entrelazarlos y manipular probabilidades

y finalmente miden su resultado, colapsando superposiciones

a una secuencia de ceros y unos…

Lo que esto significa es que obtienes el montón completo de cálculos que son posibles

con tu configuración, y todo hecho al mismo tiempo.

En última instancia, puedes medir sólo uno de los resultados

y podría ser únicamente el que quieres,

así que podrías revisar nuevamente e intentar de nuevo.

Pero, explotar inteligentemente la superposición y el entrelazamiento,

puede ser exponencialmente más eficiente de lo que jamás sería en una computadora normal.

Así que bien, aunque probablemente las computadoras cuánticas

no remplazarían a nuestras computadoras domésticas,

en algunas áreas son vastamente superiores.

Una de ellas, es la búsqueda en bases de datos.

Para encontrar algo en una base de datos,

una computadora normal podría tener que comprobar cada uno de sus registros.

Los algoritmos cuánticos necesitan sólo la raíz cuadrada de ese tiempo,

lo que para bases de datos grandes, es una enorme diferencia.

El uso más famoso de computadoras cuánticas

es la aplicación de seguridad informática.

Justo ahora, tu navegación, envío de correo electrónico y datos bancarios

son mantenidos a salvo por un sistema de encriptación

en el cuál le das a todos una clave pública

para codificar los mensajes que sólo tú puedes decodificar.

El problema es que esta clave pública puede ser de hecho usada

para calcular tu clave secreta privada.

Afortunadamente, realizar las matemáticas necesarias en cualquier computadora normal

podría tomar años de prueba y error.

Pero una computadora cuántica con aceleración exponencial,

podría realizarlo en un instante.

Otro uso realmente excitante son las simulaciones.

Las simulaciones del mundo cuántico requieren el uso de muchos recursos

e incluso para estructuras más grandes, como las moléculas,

presentan fallas de precisión.

Así que, ¿por qué no simular física cuántica con física cuántica?

Las simulaciones cuánticas pueden proveer nuevos conocimientos para las proteínas

que podrían revolucionar la medicina.

De momento no sabemos si las computadoras cuánticas serían sólo

una herramienta especializada, o una gran revolución para la humanidad.

No tenemos ni idea de dónde residen los límites de la tecnología

y sólo existe una manera de averiguarlo.

Este video es apoyado por la Academia de Ciencias Australiana,

que promueve y apoya la excelencia en las ciencias.

Conoce más sobre este y otros temas en

nova.org.au.

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*** Traducido a Español Latinoamérica por Luis Valdés & Alexandra Tello***