De los gatos a las redes: internet cuántico

De los gatos a las Redes: Internet cuántico

La simple idea de un computador con características cuánticas parece asombrosa, dado que ofrecen una rapidez y capacidad de almacenaje que difícilmente se podría obtener de otra forma.

Todo lo que nos rodea es información, tanto la que está en el interior de nuestras células, como cada conocimiento almacenado en nuestro cerebro, pero ¿En qué unidad se almacena? En nuestras computadoras, en bits, a través del famoso código binario donde cada estado es indefectiblemente uno o cero, pero en el mundo cuántico las cosas funcionan de manera distinta, ya que puede ser cualquiera de sus estados posibles, ¡y lo es, todo al mismo tiempo!, de ahí es que podemos decir que la capacidad de almacenaje se vuelve mayor, dado las innumerables opciones para hacerlo por lo que así mismo aumenta su velocidad.

Hace unos años Schrödinger creó su famosa paradoja del gato para dar una explicación sencilla a esto: no podemos saber el estado actual del sistema hasta que no haya un observador que lo asevere. Algo así ocurre aquí, donde la unidad de almacenaje de nuestro sistema, siempre nos arrojará un estado determinado probabilísticamente pero que tendrá a su vez características de interferencia y entanglement.

Los procesadores nos permiten unir información compleja acerca del ambiente y lo utilizan para poder realizar acciones diversas a través de una serie algorítmica. La forma en que la información es enviada y captada en los sistemas cuánticos son lo que los hace interesantes, ya que su manejo para poder obedecer a propiedades cuánticas debe de ser a escala subatómica, donde el envío de información sería posible a través de fotones usando como canal fibra óptica, el almacenamiento en átomos de Cesio y la reproducción de información a través de la coordinación de partículas subatómicas por medio del entrelazamiento (entanglement) que permitiría la actualización de información a velocidades muy cercanas a la de la luz.

La relevancia intrínseca de este tipo de información permitirá la adaptación de nuevas tecnologías que suplantarán y mejorarán las ya existentes puesto que ofrecen una velocidad y capacidad de almacenaje que superan los límites de lo anteriormente imaginado, permitiendo de este modo la compilación y análisis de información que actualmente resulta de difícil manejo. Uno de los mayores logros al momento ha sido el entendimiento de estos conceptos, pues nos permiten definir un rango de trabajo específico, donde de ser canalizados los conocimientos en ingeniería, física e informática podrían hacer que una red de este tipo fuera no sólo un sueño lejano, sino algo probabilísticamente posible. 

Internet cuántico.

La computación cuántica y la teoría de la Información cuántica son un área de investigación y de desarrollo tecnológico basado en fundamentos de ingeniería, informática y física cuántica, mencionándonos la posibilidad de lograr una velocidad de procesamiento y una capacidad de almacenaje de información mayores a las logradas en la actualidad, ya que no se restringe a (0,1) como sus únicos estados de operación, sino al sinnúmero de estados intermedios. Es importante, por ello ser capaces de analizar los componentes principales de un ordenador cuántico:

El qubit: Es la unidad mínima de información en la computación cuántica y se describe como un objeto matemático que tiene una realidad física y tangible. Permite la mezcla de todos los estados permitidos, lo que se conoce como “Principio de Superposición”, es decir que el qubit siempre proporcionará un estado probabilístico, pero adicionalmente se le incorporarán los efectos cuánticos como interferencia y entrelazamiento.

Compuertas cuánticas: Debido a que el espacio de estados de un qubit es continuo, también lo es el número de posibles transformaciones unitarias, por lo que en conjunto existen infinitas compuertas cuánticas, es decir, operan como un circuito de qubits que permiten el manejo de computación reversible. A nivel nanoscópico la reversibilidad en un sistema cuántico es gracias en parte a que las acciones están descritas en cada operador unitario, por ello su eficiencia termodinámica y mínimo consumo energético.

Memoria cuántica: En la actualidad se ha hecho posible el almacenar impulsos de luz en átomos. Ésta memoria atómica equivale a una memoria RAM promedio y fue creada con un sistema gaseoso de átomos de Cs, logrando retener información por 4 milisegundos, donde la transmisión informática sea realizada por medio de fotones a través de fibra óptica, pera lo que sería necesario el siguiente componente.

Repetidoras cuánticas: Son aquellas capaces de amplificar y replicar la señal del emisor hacia un receptor a grandes distancias, pero en el esquema de la Internet cuántica puede ser alcanzada por características de estos sistemas como el entrelazamiento, donde dos partículas subatómicas permanecen indefectiblemente interrelacionadas si son generadas en un mismo proceso, formando subsistemas inseparables, cuando una de ellas sufre un cambio de estado, la otra lo hace automáticamente.

Red de Ordenadores cuánticos: Una internet consistente en nodos conectados a través de canales de fibra óptica parece posible. Cada nodo teniendo como función almacenar qubits con información cuántica y procesándola empleando compuertas cuánticas, logrando intercambiar los nodos a través de los canales, los métodos de almacenamiento-procesamiento de información son implementados físicamente en qubits, basados en materiales semiconductores, lo que permite pensar en la creación de tecnologías híbridas.

Estamos en un momento donde entre gatos y redes nos acercamos más a un futuro que a veces parece más asombroso que la ficción.

Bibliografía:

J.Nanoc. Moletrón. 2009 Internet Electron
-H.E. Caicedo-Ortiz

The Bit and the Pendulum: From Quantum Computing to M Theory-

-Tom Siegfried

Ultimate Zero and One: Computing at the Quantum Frontier

-Colin P. Williams y Scott H. Clearwater

NOTA: NADA de lo que posteo en este blog debe de tomarse ciegamente como cierto, estoy sujeta a errores, mi intención es únicamente compartir un poco de lo que he leído.