Ya tenemos el primer circuito cuántico

publicado el 04 de septiembre de 2011 en «Milenio Diario»
columna: «se descubrió que...»

 

Este 1 de septiembre, físicos de la Universidad de California en Santa Bárbara avisaron por Science Express on line que tienen el primer circuito integrado cuántico y cumple con la arquitectura von Neumann, que llamaremos Eckert-Mauchly por lo que sigue.

Se conoce como "arquitectura von Neumann" la capacidad de las computadoras para guardar programas en una memoria electrónica. La primera computadora, la legendaria ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) fue construida durante los últimos tres años de la Segunda Guerra Mundial con propósitos militares, en esencia calcular las trayectorias de las balas de cañón, dada ciertas condiciones ambientales, para lo que se empleaban complejas tablas siempre en revisión. No quedó concluida antes del fin de la guerra. Era un monstruo de 30 toneladas con el área de un departamento de tres recámaras, consumía la electricidad de un pueblo y costaba 650 dólares (de entonces) la hora de electricidad cuando no estaba operando, pues los 17 mil 468 bulbos debían mantenerse encendidos y los ventiladores funcionando.

Los modelos previos exigían enchufar cables en diversas entradas, como los antiguos conmutadores de teléfonos, y, como en este caso, las encargadas eran mujeres. La ENIAC tenía tres elementos: unidades para realizar operaciones matemáticas; unidades de memoria para almacenar números e instrucciones; y un programa maestro para dar órdenes a la gran máquina: un sistema operativo, decimos hoy. Las calculadoras con las que se hacían las tablas militares necesarias para un disparo certero (calibre del cañón, tipo de bala, temperatura, vientos dominantes... etc.), debían programarse a mano moviendo los enchufes a diversas posiciones.

Cuando la ENIAC iba a realizar sus primeras operaciones, sus felices inventores fueron al sótano, donde trabajan las mujeres llamadas "computadoras" cambiando en cada ocasión clavijas a diversos enchufes, según los cálculos por realizar, y las subieron a contemplar el trabajo hasta entonces top secret. Para probarla cargaron el número 1000 y le pidieron multiplicar por 5. Parpadearon bulbos, zumbó equipo y respondió el enorme monstruo: 5,000. La Escuela de Ingeniería Moore, de la Universidad de Pennsylvania, tenían el primer dispositivo de cómputo con memoria interna.

Los diseñadores, dos desconocidos, Presper Eckert, de 26 años, y John Mauchly, de 38, fueron opacados por la enorme fama del matemático John von Neumann, invitado al proyecto cuando ya estaba en marcha y la idea de cómo hacer la memoria esbozada por Eckert y Mauchly un año antes. Así fue como se llamó "arquitectura von Neumann" a la arquitectura de Eckert y Mauchly. Un libro estupendo sigue los triunfos y tragedias de la primera computadora electrónica: ENIAC, de Scott McCartney.

La arquitectura anunciada hace dos días posee una memoria basada en la superposición de estados, propia sólo de los niveles subatómicos, que permite a un bit ser a la vez uno y cero, un qubit.

El hardware está basado en circuitos de material superconductor (en los que la electricidad fluye sin pérdida alguna porque desaparece toda resistencia). El problema es el de toda la superconducción: debe estar poco encima del cero absoluto. O desaparece la superconducción y los qubits se vuelven simples bits de cero o uno. Como Cenicienta a las doce. No se pierda la música de Prokófiev: es una maravilla, sobre todo las doce campanadas con toda la orquesta y el clic-cloc, clic-cloc... con sonido de calabaza hueca.

La arquitectura del circuito integrado cuántico "representa un nuevo paradigma en procesamiento de información cuántica y muestra que ya está al alcance la integración cuántica a gran escala".

El circuito integrado cuántico incluye dos qubits, un bus de comunicación y un reiniciador. Los pasos de computación toman unas pocas mil-millonésimas de segundo, y ya esto es una enorme ventaja sobre las computadoras más veloces de hoy, "pero el mayor poder es que una computadora cuántica puede realizar un gran número de cálculos de manera simultánea", dice Matteo Mariantoni. Con la arquitectura Eckert-Mauchly (conocida como von Neumann) "hemos explorado la posibilidad de escribir información cuántica en una memoria, mientras, de forma simultánea, ejecutamos otros cálculos cuánticos".

Con arquitectura cuántica "podemos correr transformadas de Fourier y un portón Toffoli de tres qubits: clave de los circuitos lógicos cuánticos para el posterior desarrollo de la computación cuántica", dice Mariantoni.

Si usted ya instaló como salva-pantalla el programa SETI que busca señales inteligentes por el universo, las barras de colores que suben y bajan, son la imagen visual de transformadas de Fourier. Y si no lo ha hecho, ceda los tiempos libres de su computadora. Baje el programa gratuito desde: setiathome.berkeley.edu.

Contacto: Gail Gallessich. University of California - Santa Barbara

Maravillas y misterios de la física cuántica, Cal y Arena 2010.