Las ondas sonoras pueden contribuir a la implantación de los ordenadores cuánticos
Eduardo Martínez de la Fe
Las ondas sonoras pueden imitar la computación cuántica. GERD ALTMANN EN PIXABAY.
Las vibraciones del sonido pueden codificar y procesar información de la misma forma que lo hacen las computadoras cuánticas: imitan el comportamiento de los cúbits, la unidad básica de información de esta tecnología. Nuevo salto tecnológico en puertas.
La computación es la ciencia que estudia el tratamiento automático de la información, una gestión que se desarrolla a través de máquinas que realizan las tareas de captura, proceso y presentación de la información.
Esta idea se remonta al menos hasta el año 1623, que fue cuando se creó la primera calculadora mecánica, obra del matemático alemán Wilhelm Schickard, aunque propiamente hablando la historia de la computación se inicia en 1834 con la máquina analítica de Babbage, que constituyó el primer computador moderno.
Sin embargo, no fue hasta los años 40 del siglo pasado cuando la computación comenzó a realizarse a través de múltiples procesos que trascendían los cálculos puramente matemáticos.
La tecnología que acompañó el desarrollo de la gestión automática de la información fue cambiando con el paso del tiempo: pasó de necesitar grandes infraestructuras a simplificarse mediante el uso de tarjetas perforadas, hasta llegar primero a los circuitos integrados y a continuación a los microchips que tanto contribuyeron a posibilitar los ordenadores personales de nuestros días, mucho más pequeños y rápidos que los anteriores.
Sistema binario
La fórmula tradicional aplicada para la gestión automática de la información se remonta al siglo XVII con la invención del código binario por parte de Gottfried Wilhelm Leibniz: utiliza dos símbolos 0 (cero) y 1 (uno) para la representación de textos, datos y programas ejecutables en dispositivos de computación.
Esos símbolos son dígitos binarios más conocidos como bits, que representan el estado de un dispositivo que puede tomar uno de dos estados. A nivel de software, el bit se utiliza para analizar la información y las operaciones lógicas que se realizan en ese proceso.
Cuantos más bits tenga un ordenador, mayor capacidad de procesamiento automático de la información tendrá.
Todo este desarrollo permitió el alumbramiento no solo de la informática actual, sino también de Internet, una red global de gestión automática de la información basada en dígitos binarios.
Computación cuántica
Esta historia dio un giro considerable con la irrupción de la computación cuántica, que lo cambió todo con la aparición una nueva unidad básica de información que sustituía al bit: el cúbit.
El cúbit se basa en los principios de la mecánica cuántica para procesar información, no en base a la suma y combinación infinita de unos y ceros, sino algo mucho más complejo: la superposición de unos y ceros en un mismo estado.
Cada cúbit está en una superposición de cero y uno de manera simultánea. Eso significa que un ordenador cuántico puede realizar muchos más cálculos simultáneamente a velocidades inalcanzables por la computación binaria convencional: por ejemplo, un ordenador clásico tardaría millones de años en encontrar los factores primos de un número de 2048 bits. Los cúbits podrían realizar este cálculo en solo unos minutos, según expertos.
La computación cuántica es una tecnología que todavía se encuentra en sus inicios y con considerables desafíos tecnológicos que resolver, entre otros mantener en el tiempo la superposición de estados que la hace posible: la más mínima perturbación en el entorno puede destruirla y frustrar la gestión automática de la información en este nuevo nivel computacional.
Análogos cuánticos
La fragilidad de los sistemas cuánticos y su necesidad de aislamiento extremo plantean grandes desafíos que han llevado a explorar los así llamados análogos cuánticos, surgidos debido a los avances recientes en el diseño y fabricación de estructuras acústicas.
En esa línea, un equipo de investigadores de la Universidad de Arizona ha propuesto el uso de la acústica para imitar ciertas propiedades de las computadoras cuánticas.
Los análogos acústicos a los estados "enredados" de bits cuánticos o cúbits ofrecen una nueva solución transformadora para alcanzar algunos de los objetivos de la ciencia de la información cuántica, explican los investigadores en un artículo publicado en The Journal of the Acoustical Society of America.
Dirigido por Pierre Deymier, este equipo ha creado un dispositivo sonoro que imita el comportamiento de un cúbit, pero a una escala mucho mayor. A esos "trozos" de sonido los han llamado "phi-bits".
Phi-bits computacionales
Un phi-bit es un grado de libertad de dos estados de una onda acústica, que puede estar en una superposición coherente de estados con coeficientes de amplitud complejos, es decir, un análogo de cúbit, escriben los autores.
Estos phi-bits podrían usarse para codificar información, al igual que los cúbits. Pueden existir simultáneamente y no son independientes entre sí, lo que significa que pueden forzarse a un estado de superposición, al igual que los cúbits.
Además, el equipo desarrolló métodos para realizar operaciones computacionales simples, como cambiar el estado de un phi-bit de 1 a 0, y creó estados más complejos que comparten algunas propiedades con sistemas cuánticos de partículas entrelazadas.
Ayuda cuántica
Aunque no se trata de un sistema real de computación cuántica, a través de los phi-bits es posible imitar las propiedades ondulatorias de los objetos cuánticos con las ondas de sonido, señalan estos investigadores.
Eso no significa que esas ondas sonoras con propiedades computacionales puedan sustituir a las ordenadores cuánticos, pero sí ayudan a entenderlos mejor y posibilitan tal vez algunas nuevas aplicaciones.
Los autores de este desarrollo plantean que los phi-bits pueden mejorar la estabilidad de la computación cuántica, ayudarle a superar algunos de los desafíos que todavía tiene que resolver y tal vez a precipitar su aplicación práctica.
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Referencias
Quantum analogue information processing using “classical entanglement” of acoustic waves. M Arif Hasan et al. J Acoust Soc Am 153, A362 (2023). DOI:https://doi.org/10.1121/10.0019170
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