¿Qué es la computación cuántica?
Ordenador, Supercomputación
La computación cuántica está
siendo noticia estos días por conseguir grandes avances en su desarrollo, pero,
muy probablemente, te estés preguntando qué es exactamente la computación
cuántica y qué representa para el futuro de la informática y los sistemas
computacionales.
Una de las primeras cosas que
debes olvidar para comprender la computación cuántica es el funcionamiento de
los ordenadores actuales. La computación cuántica deja a un lado los sistemas
lógicos empleados por los sistemas informáticos actuales y utilizan el modelo
de los estados del átomo para realizar sus procesos.
Los dispositivos y ordenadores
convencionales, como el que probablemente estés utilizando para leer este
artículo, resumen toda la información que procesan a lenguaje binario, es
decir, que solo utilizan dos estados para los datos: 0 ó 1.
Como si de un interruptor se
tratara, los bits solo pueden estar encendidos o apagados. Toda la información
en la computación actual se resume en una secuencia de ceros y unos, o
encendido o apagado.
Los átomos tienen sus propias
leyes
En cambio, los átomos tienen una
curiosa cualidad, que es precisamente una de las propiedades que hacen
increíble la computación cuántica. Esta cualidad es la superposición.
La superposición del átomo
consiste en que un átomo puede adoptar un estado de 0 y de 1, pero además puede
adoptar ambos estados al mismo tiempo. Estos ordenadores cuánticos son capaces
de probar, al mismo tiempo, todas las posibilidades que existen para la
solución concreta de un problema, en lugar de probar todas las posibilidades
una tras otra como se realizan actualmente.
Este cambio en el paradigma de la
computación supone un enorme salto adelante en la potencia de computación, que
permitirían realizar cálculos complejos que actualmente son inalcanzables
incluso para los superordenadores.
¿Cómo son de rápidos los ordenadores cuánticos?
La potencia de los ordenadores
cuánticos, al igual que la de los ordenadores convencionales, se mide en
unidades de procesamiento, que no son más que átomos individuales. En el caso
de los ordenadores cuánticos, se mide en bits cuánticos o qubits. A mayor cantidad
de qubits, más rápido funcionan.
Los cinco superordenadores más
potentes del mundo
Los díscolos y caprichosos
átomos, además de poder adoptar varios estados simultáneamente, también cuentan
con otra particularidad llamada entrelazamiento atómico.
Gracias a esta particularidad, un
átomo puede transmitir determinadas propiedades a otro sin que haya nada de por
medio. Algo así como una telepatía entre átomos que hace que cualquier cambio
en el estado de uno de los átomos entrelazados, provoque un cambio instantáneo
en el otro.
Esto, permite crear
entrelazamientos cuánticos entre varios átomos de forma que permiten crear una
red de átomos que funcionan de forma armónica. Podríamos decir que son como los
núcleos que funcionan de forma conjunta dentro de un procesador convencional,
pero a un nivel muchísimo más complejo.
Dado que un bit cuántico o qubit
es capaz de procesar mucha más información que un bit, la potencia de procesado
con respecto a los sistemas actuales se incrementa exponencialmente. A medida
que los nuevos descubrimientos permitan crear entrelazados cuánticos con un
mayor número de átomos, esta potencia aumentará sustancialmente, hasta el punto
de poder resolver en segundos tareas para las que un superordenador normal
tardaría años. Aunque esto sólo se aplica a ciertos cálculos.
¿Qué son los superordenadores y
cómo funcionan?
Sin discos duros ni monitores
En un procesador cuántico no se
utilizan ni monitores, ni discos duros, ni ningún tipo de hardware tal y como
lo conocemos en el ámbito de la informática actual.
Todo sucede en la unidad de
procesamiento que debe permanecer en unas condiciones de absoluto aislamiento
ya que los estados cuánticos del átomo son extremadamente frágiles y la
superposición de los estados que se produce durante el proceso de cálculo,
puede perturbarse.
La superposición de los átomos
puede verse alterada ante el contacto con un campo electromagnético o la más
mínima vibración o fluctuación de la temperatura.
Esta alteración del estado del
átomo provocaría errores de cálculo. Por ese motivo, los procesadores en los
que se encuentran los qubits deben enfriarse y mantenerse a cero absolutos
(-273 grados Celsius).
Los estados de cada átomo se
observan mediante mediciones con láser, de las que se extraen los resultados de
los cálculos y se procesan con ordenadores normales.
Milky Way 2 el superordenador más
potente del mundo
¿Existe ya un ordenador cuántico?
Por el momento, sólo existen
ordenadores cuánticos en laboratorios e instituciones de investigación. Sin
embargo, han demostrado que la tecnología funciona, aunque todavía queda un
largo camino por delante ya que, para su correcto funcionamiento, los
ordenadores cuánticos necesitan unas condiciones muy concretas.
Por el momento, empresas como
Google, IBM, la NASA o diversos organismos científicos están desarrollando
prototipos con la tecnología necesaria para conseguir que, en unos 10 años o 15
años, los ordenadores cuánticos sean una realidad cotidiana.
Prototipos como el D-Wave 2x son
ejemplos tangibles de la evolución de estos sistemas computacionales, pero, a
su vez, sirven para tomar conciencia del largo camino que todavía queda por
recorrer.
La primera versión de este
prototipo funcionaba con 512 qubits y costaba alrededor de 11 millones de
euros. La nueva versión de este prototipo que se dio a conocer en 2013, según
aseguran sus desarrolladores, es hasta 108 millones de veces más rápido que un
ordenador tradicional.
El cerebro humano es 30 veces más
rápido que los superordenadores
Un salto cuántico en la velocidad
La computación cuántica lidera la
ejecución de ciertas operaciones aritméticas y en aquellas en las que se
producen muchas operaciones similares al mismo tiempo. Tres ejemplos:
Los ordenadores cuánticos son las
herramientas ideales para trabajar con información cifrada. El sistema
criptográfico RSA, que se integra en los navegadores y protege la banca online,
se puede quebrar rápidamente con un ordenador cuántico potente. Un
superordenador convencional tardaría incluso años.
Con ordenadores cuánticos se pueden
procesar enormes cantidades de datos. Una razón más de por qué las agencias de
inteligencia y empresas como Google están tan interesadas en esta tecnología.
Los científicos podrían realizar
simulaciones mucho más complejas con ordenadores cuánticos que con los actuales
superordenadores. De este modo, calcular patrones climáticos o simulaciones
moleculares se realizarían en muy poco tiempo y permitirían dar un paso de
gigante en el avance de otras ramas de la ciencia.
http://www.quees.info/que-es-la-fisica-cuantica.html
¿Qué es la Física Cuántica?
La física cuántica se define como
la rama de la física que se ocupa de estudiar y explicar el comportamiento a
nivel microscópico de los átomos y de las partículas subatómicas y elementales,
también conocida como mecánica cuántica sus leyes están basadas en
probabilidades rompiendo con todos los esquemas establecidos en la física
clásica.
La física clásica es la ciencia
que se ocupa de estudiar y predecir el comportamiento de los objetos
macroscópicos que nos rodean mediante leyes matemáticas, gracias a la física
clásica podemos predecir con exactitud la velocidad de un avión, la órbita de
la luna o cual es la gravedad en Júpiter, su principal característica es que es
una ciencia determinista, es decir se puede calcular con exactitud valores como
la velocidad o posición de un objeto y por lo tanto su trayectoria.
Por otro lado, tal y como se
indica en la definición de la física cuántica, esta se ocupa de estudiar el
comportamiento de objetos microscópicos como los átomos, electrones, quarks o
fotones, a este nivel microscópico las leyes de la física clásica no sirven
puesto que son incapaces de predecir el comportamiento de estas partículas,
siendo su principal característica la indeterminación de valores como la
posición o velocidad de una partícula. Por ello la principal diferencia de la
cuántica respecto a la clásica es que esta última es una ciencia determinista y
la primera es probabilística.
A nivel microscópico las
partículas fundamentales como los electrones o los fotones se comportan de una
manera extraña, desconcertante y mágica, no teniendo nada que ver con la
concepción que tenemos de nuestra realidad, por ejemplo;
• El
fenómeno de superposición nos indica que un electrón puede estar al mismo
tiempo presente en tu casa, en el pico más alto del Everest o en la superficie
de Júpiter, es decir una partícula está presente en muchos lugares a la vez con
diferentes probabilidades siempre y cuando no sea observada.
• El
fenómeno de entrelazamiento nos indica que un electrón que se encuentra en
nuestro ordenador puede estar entrelazado con otro electrón ubicado en un
planeta distante a 400 años luz, cuando modificamos el estado de alguno de los
electrones el otro cambia instantáneamente.
• El
efecto túnel nos afirma que un electrón puede atravesar en ocasiones muros o
paredes delgadas de energía como si fuera un fantasma, esto se debe a la
dualidad onda-partícula que confirma la mecánica cuántica.
Aunque parezca increíble todos
estos principios y fenómenos cuánticos se han comprobado con numerosos
experimentos, confirmándose cada uno de ellos, por ello numerosos científicos
aseguran que la mecánica cuántica es la ciencia más exacta jamás descubierta
por el hombre.
Gracias a estas mágicas
propiedades que dispone el mundo microscópico, el ser humano ha desarrollado
instrumentos increíbles, por ejemplo el microscopio de efecto túnel nos permite
visualizar a escalas nanométricas los átomos que componen un material
distinguiéndose claramente unas de otras, en un futuro podremos enviar
información instantánea de un sistema solar a otro gracias al efecto del
entrelazamiento cuántico, por otro lado mediante el fenómeno de superposición
los investigadores están desarrollando ordenadores cuya potencia de cálculo
superará a todos los ordenadores del mundo conectados al mismo tiempo.
Todo esto no es ciencia ficción,
ya hemos desarrollado ordenadores cuánticos que funcionan correctamente con una
potencia 3600 veces superior a un microprocesador de 8 núcleos, hemos
teleportado el estado de un fotón a casi 100 km de distancia, en poco tiempo
veremos como la mecánica cuántica iniciará una revolución que cambiará nuestra
manera y hábitos de vida.
Aplicaciones de la física cuántica.
Aunque no lo parezca la mayoría
de los dispositivos y objetos que utilizamos y vemos en nuestro día a día están
basados en algún principio o fenómeno de la física cuántica, por ejemplo, el
funcionamiento del láser se basa en la mecánica cuántica y se utilizan en
reproductores de cd y DVD, escáneres de códigos de barras utilizados en los
centros comerciales, herramientas de corte y soldadura utilizadas en la
industria o bisturíes de láser utilizados en el campo de la medicina.
El desarrollo de los
transistores, elemento fundamental de todos los microprocesadores que utilizar
todos los aparatos electrónicos como nuestro ordenador, el desarrollo de los
relojes atómicos con alta precisión, así como los termómetros ultra precisos
son entre otros ejemplos donde la mecánica cuántica ha desempeñado un papel
fundamental en su desarrollo.
Las placas solares, detectores de
movimiento, sistemas de control de calidad automáticos en líneas de producción
continuas como detección de productos rotos y defectuosos, envases vacíos u
otros, sistemas de alarmas contraincendios o incluso para la medición de las
estrellas lejanas a nuestro planeta basan su funcionamiento en el efecto
fotoeléctrico explicado gracias a la física cuántica.
Otro de los ejemplos que se
aplica la mecánica cuántica son las memorias USB que utilizamos en nuestros
ordenadores, estas pequeñas memorias flash capaces de almacenar cantidades
ingentes de información utilizan el efecto túnel para proceder al borrado de
las diversas celdas que las componen de tal forma que podamos reutilizarlo
tantas veces como queramos.
El futuro próximo nos espera el
desarrollo de ordenadores cuánticos con una potencia de cálculo ilimitado,
gracias a ellos podremos predecir con gran exactitud el comportamiento del
clima a largo plazo, diseñar fármacos y medicinas a nivel molecular con
propiedades altamente curativas o podremos simular a la perfección fenómenos
naturales altamente complejos como la formación de las galaxias.
Por otro lado, en un futuro muy
próximo dispondremos del llamado Internet cuántico donde las comunicaciones
serán totalmente seguras e instantáneas, en cuestión de milisegundos podremos
descargar millones de Mb de información y donde la criptografía cuántica hará
un Internet totalmente seguro.
Unidades de medida de capacidad
Las medidas informáticas son:
Un petabyte, es una unidad de
almacenamiento de información. Corresponde a 1024 terabytes, o mil billones de
bytes. Se representa con el símbolo PB.
https://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad
Unidades de velocidad
Sistema Internacional de Unidades (SI)
• Metro por segundo (m/s), unidad
de velocidad en el SI (1 m/s = 3,6 km/h).
• Kilómetro por hora (km/h) (muy
habitual en los medios de transporte)
• Kilómetro por segundo (km/s)
Sistema Cegesimal de Unidades CGS)
• Centímetro por segundo (cm/s)
unidad de velocidad en el CGS
Sistema Anglosajón de Unidades
• Pie por segundo (ft/s), unidad
de velocidad del sistema inglés
• Milla por hora (mph) (uso
habitual)
• Milla por segundo (mps) (uso
coloquial)
Navegación marítima y Navegación aérea
• El nudo es una unidad de medida
de velocidad, utilizada en navegación marítima y aérea, equivalente a la milla
náutica por hora (la longitud de la milla naútica es de 1852 metros; la
longitud de la milla terrestre —statute mile— es de 1609,344 metros).
Aeronáutica
• El número Mach es una medida de
velocidad relativa que se define como el cociente entre la velocidad de un
objeto y la velocidad del sonido en el medio en que se mueve dicho objeto. Es
un número adimensional típicamente usado para describir la velocidad de los
aviones. Mach 1 equivale a la velocidad del sonido, Mach 2 es dos veces la
velocidad del sonido, y así sucesivamente. La velocidad del sonido en el aire
es de 340 m/s (1224 km/h).
Unidades de Planck (Unidades naturales)
• El valor de la velocidad de la
luz en el vacío = 299 792 458 m/s (aproximadamente 300 000 km/s).
http://conceptodefinicion.de/ascii/
Código ASCII
El código ASCII es conocido como
el acrónimo de las palabras inglesas American Standard Code for Information
Exchange y en español significa Código Estadounidense Estándar para el
Intercambio de Información, este código está basado integralmente en el
alfabeto latino que tiene distintos tipos de usos y puede tratarse de una
combinación de símbolos en el marco de un sistema establecido que cuenta con un
cierto valor.
http://computer-information5.webnode.es/news/primer-blog/
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