Ordenadores cuánticos
A mediados de los años 40 comenzaron a aparecer los primeros ordenadores. Aquellos primeros artefactos eran muy lentos y ocupaban varias habitaciones llenas de armarios. Cincuenta años después hemos llegado a construir ordenadores portátiles con el tamaño de un bloc de notas que superan con creces la potencia de aquellos gigantes. Pero aun así, la carrera por la miniaturización continua y el siguiente paso hacia el que nos movemos es la construcción de ordenadores cuyas piezas sean átomos o moléculas: los ordenadores cuánticos o moleculares.
De las válvulas de vacio, a los ordenadores actuales.
Los ordenadores primigénios estaban construidos con válvulas de vacío,
iguales a las que tenían las radios antiguas. En la actualidad las
válvulas han sido sustituidas por elementos de un tamaño mucho menor:
los transistores que conforman los chips de silicio. Estos son cada vez
mas pequeños habiéndose conseguido actualmente un tamaño unas 800 veces
más pequeño que el grosor de un cabello humano (0.13 micras).
En 1946 apareció el que podemos catalogar como el primer ordenador, el
ENIAC. Este supercomputador basado en válvulas ocupaba unos 160 metros
cuadrados, pesaba 30 toneladas y podía almacenar sólo 20 números de 10
dígitos cada uno. Además, su programación se haciá cambiando cables de
manera manual.
Cualquier PC actual se programa de manera automática y tiene un tamaño
mucho menor, además de poseer una capacidad de cálculo extremadamente
superior. Por ejemplo, ENIAC era capaz de procesar 5.000 operaciones por
segundo mientras que cualquier PC actual realiza más de 100 millones.
Por otro lado, en esta carrera hemos conseguido que el tamaño de los
microprocesadores no supere los 7 centímetros cuadrados, sorprendente
comparado con los 160 metros cuadrados que ocupaba ENIAC tan sólo 50
años antes.
La velocidad y el tamaño de los micros están íntimamente relacionadas
ya que al ser los transistores más pequeños, la distancia que tiene que
recorrer la señal eléctrica es menor y se pueden hacer más rápidos. Al
ser los transistores cada vez más pequeños la cantidad de ellos
contenidos en un microprocesador, y por consiguiente su velocidad, se ha
venido duplicando cada dos años. Pero los estudios revelan que este
ritmo no se puede mantener y que el límite será alcanzado tarde o
temprano, ya que si se reduce más, las interferencias de un transistor
provocarían fallos en los transistores adyacentes.
Con el fin de superar estos límites de tamaño y velocidad se está
trabajando en la actualidad en varios centros de investigación de todo
el mundo en dos líneas que pueden revolucionar el mundo de la
informática: Los ordenadores cuánticos y los ordenadores de ADN.
Los ordenadores cuánticos
Los ordenadores utilizan bits para codificar la información de modo
que un bit puede tomar el valor cero o uno. Por contra, los ordenadores
cuánticos utilizan los qubits (bit cuánticos) para realizar esta tarea.
Un qubit almacena la información en el estado de un átomo, pero por las
propiedades de los átomos hacen que el estado no tenga porque ser cero o
uno, sino que puede ser una mezcla de los dos a la vez. Así, al poder
almacenar una mezcla de ambos valores a la vez en cada qubit podemos
tratar toda la información de una sola vez.
Gracias a esta propiedades los ordenadores cuánticos tienen una
especial capacidad para resolver problemas que necesitan un elevado
número de cálculos en un tiempo muy pequeño. Además, como estarán
construidos con átomos, su tamaño será microscópico consiguiendo un
nivel de miniaturización impensable en los microporcesadores de silicio.
Por desgracia, en la actualidad aún no se ha llegado a construir
ordenadores cuánticos que utilicen más de dos o tres qubits. Aún así,
hay un gran número de centros de investigación trabajando tanto a nivel
teórico como a nivel práctico en la construcción de ordenadores de este
tipo y los avances son continuos. Entre los principales centros destacan
los laboratorios del centro de investigación de Almaden de IBM
(http://www.almaden.ibm.com/st/disciplines/quantuminfo), AT&T,
Hewlett Packard en Palo Alto (California), el Instituto Tecnológico de
Massachusetts (MIT) y universidades de todo el mundo como la de Oxford
(http://www.qubit.org/) Standford, Berkeley, etcétera.
Computadoras de DNA
La computación molecular consiste en representar la información a
procesar con moléculas orgánicas y hacerlas reaccionar dentro de un tubo
de ensayo para resolver un problema.
La primera experiencia en laboratorio se realizó en 1994 cuando se
resolvió un problema matemático medianamente complejo. Para ello se
utilizó la estructura de moléculas de ADN para almacenar la información
de partida y se estudio las moléculas resultantes de las reacciones
químicas para obtener la solución.
Por una parte, esta técnica aprovecha la facultad de las moléculas de
reaccionar simultáneamente dentro de un mismo tubo de ensayo tratando
una cantidad de datos muy grande al mismo tiempo. Por otro lado, el
tamaño de las moléculas los sitúa a un tamaño equiparable al que se
puede conseguir con los ordenadores cuánticos. Otra ventaja importante
es que la cantidad de información que se puede almacenar es
sorprendente, por ejemplo, en un centímetro cúbico se puede almacenar la
información equivalente a un billón de CDs.
Si comparamos un hipotético computador molecular con un
supercomputador actual vemos que el tamaño, la velocidad de cálculo y la
cantidad de información que se puede almacenar son en extremo
mejoradas. La velocidad de cálculo alcanzada por un computador molecular
puede ser un millón de veces más rápida y la cantidad de información
que puede almacenar en el mismo espacio es un billón de veces
(1.000.000.000.000) superior.
Aunque aún no se pueden construir ordenadores de este tipo, desde la
primera experiencia práctica este área ha pasado a formar parte de los
proyectos más serios como alternativa al silicio. Buena prueba de ello
son las investigaciones llevadas a cabo en el marco del DIMACS o "Centro
de Matemática Discreta y Computación Teórica"
(http://dimacs.rutgers.edu/) del cual forman parte la universidades
Princeton (http://www.neci.nj.nec.com/), los laboratorios de AT&T,
Bell entre otros. Otros focos de investigación son el Departamento de
Defensa de los Estados Unidos y el Consorcio Europeo de Computación
Molecular (http://www.tucs.fi/EMCC/) formado por un importante número de
universidades.
Daniel Ibáñez Lorenzo
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