miércoles, 17 de abril de 2024

Ordenadores Cuánticos - Simuladores Cuánticos Universales - Fernando Javier Gómez Ruiz

Capítulo 24

Ordenadores Cuánticos - Simuladores Cuánticos Universales.
(Por Fernando Javier Gómez Ruiz)






De pequeño, miraba con asombro aquella caja blanca con la que tenía una cita en mi colegio cada ocho días; eran mis primeros pasos en el mundo de la computación. Tenía la mirada inquieta y curiosa de cualquier niño de esa edad, pero no estaba solo; quizás estabas tú, ella y otros niños maravillados por el fenómeno que los ordenadores empezaban a ser en nuestras vidas. Después de unas cuantas décadas, comencé a escribir este pequeño texto con la perspectiva de aquel niño y la influencia de Richard P. Feynman sobre él. Ahora bien, ¿qué cambio experimentó ese niño para que las palabras tan resonantes en la actualidad como “cuánticos” se repitan en el título?

Desde aquel primer día en que escribí “cd win” en aquella pantalla oscura y, de repente, ¡Eureka! Muchos colores, una música que siempre recordaría como el sonido de "Windows se está reiniciando", y la posibilidad perpleja de manipular esa caja blanca llamada ordenador. Los años han mantenido intactos esos primeros recuerdos, recuerdos que alivian a aquel ser sediento de respuestas: ¿Cómo funciona realmente esa caja blanca? ¿Qué es un bit? Y cómo ha logrado esta caja blanca captar tanta atención e impacto en nuestras vidas.

Con el paso de los años, fui encontrando respuestas a muchas de mis preguntas. Y así, un día, al concluir mis estudios previos a la universidad, me encontré frente a mi primera decisión importante y dejada al azar: ¿estudiar Física o Matemáticas? Lancé una moneda al aire, con igual probabilidad de cara o cruz, y tras varios golpes contra el suelo, finalmente cayó cruz (figura 1). Decidido, exclamé: ¡seré físico! Justo en mi primer año universitario, el apellido “Feynman” hizo su entrada en mi vida, un hombre verdaderamente peculiar, tocando esas congas y con lecturas que cautivaron a aquel joven. Cada página era un viaje desde lo más cercano y cotidiano hasta lo más abstracto. En mi opinión, Feynman era el mejor pedagogo.

Fig. 1 Mientras el joven Richard Feynman tocaba los bongos, las monedas volaban en el aire con igual probabilidad, adentrándose en el mundo cuántico mientras el joven niño curioso trataba ahora de entender la paradoja del gato de Schrödinger.


Ahora bien, volvamos nuestra atención a esa caja blanca, la moneda girando en el aire y el joven físico apasionado por el gran Feynman. Pero ahora surge la pregunta: ¿qué diablos es eso de “cuántico” y cómo encaja esta historia? Hacia el tercer año de la licenciatura, una materia a veces temida y otras veces amada, dependiendo del exquisito gusto de los físicos, es la Mecánica Cuántica. “La naturaleza no es clásica, maldición, y si quieres hacer una simulación de la naturaleza, será mejor que sea de mecánica cuántica”, apuntó alguna vez Feynman. Y es cierto, el comportamiento dual onda-partícula de la naturaleza parece ser mejor descrito por la mecánica cuántica. En un vistazo rápido, la mecánica cuántica proporciona las leyes que rigen la naturaleza a nivel nanoscópico.

La emoción de aquel primer día frente a esa caja blanca fue superada con creces, y ser cautivado por tratar de entender esos nuevos misterios o fenómenos descritos en mi curso de mecánica cuántica me llevó a donde estoy hoy en día: un investigador postdoctoral curioso acerca de la unión entre la mecánica cuántica y la computación. Hace siete años, el mundo presenció por primera vez la introducción de un ordenador cuántico funcional, accesible de forma gratuita y premium para empresas, investigadores, estudiantes y entusiastas de la computación cuántica. IBM fue la empresa tecnológica pionera en hacer posible este avance. Aunque la computación cuántica está en sus etapas iniciales, ya es una realidad tangible que sugiere un prometedor futuro tecnológico basado en la exploración de las peculiares propiedades y recursos del mundo cuántico. Los ordenadores cuánticos aprovechan la naturaleza probabilística de la mecánica cuántica y están dando grandes pasos hacia una nueva revolución tecnológica.

Desde la computación clásica hasta la cuántica, en 1982 Feynman vislumbró un camino que aún seguimos recorriendo sin respuesta, en el cual la computación cuántica mostraría una ventaja real sobre la simulación de problemas cotidianos que la computación clásica no es capaz de resolver. Actualmente, muchos problemas siguen abiertos, conocidos como "problemas NP", situaciones de la vida cotidiana en las cuales las relaciones entre las variables y el tiempo de cálculo para obtener las soluciones crecen polinómicamente o exponencialmente en el tiempo. Es decir, necesitaríamos un supercomputador trabajando o corriendo durante un tiempo prolongado, es decir, años o incluso siglos, para llegar a una respuesta. En este nuevo paradigma, un ordenador cuántico reduciría radicalmente este tiempo de cálculo.

 



Fernando Javier Gómez Ruiz.
Doctor en Física.
Departamento de Física Teórica, Atómica y Óptica.
Universidad de Valladolid (UVa).


Créditos Música:
219 3.33
Spring Flowers by Keys of Moon | https://soundcloud.com/keysofmoon
Creative Commons / Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/


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