El código cuántico
 
  site hit counterSé de un mágico libro de hexagramas

que marca los sesenta y cuatro rumbos

de nuestra suerte de vigilia y sueño.

Jorge Luis Borges.

El director del departamento de Optica Cuántica del Instituto Max Planck en Alemania, el español Juan Ignacio Cirac Sasturian, de 42 años, fue galardonado hace unos días con el premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica «por su liderazgo mundial en la técnica y desarrollo de la información cuántica» su candidatura recibió el aval de seis Premios Nobel de Física(1) y algunos otros ilustres.

Sus investigaciones surgen al combinar dos de los campos más importantes de la ciencia desarrollados en el siglo pasado: la física cuántica y la teoría de la información. ¿Y cuál es la importancia de este cóctel de imaginación? Muy sencilla, las computadoras actuales aparentemente tienen los días contados, su tecnología está llegando “al límite de la frontera final”, sucede algo similar con los motores, no se pueden construir más potentes con los mismos elementos. Se requiere dar un salto hacia otro tipo de invención para seguir avanzando. La solución podría venir por el lado de la física cuántica, sin embargo, es indispensable resolver varios problemas complicados que requieren investigación, tiempo, dinero, creatividad y mucha motivación.

La Ley Moore(2)

Gordon E. Moore cofundador de Intel predijo, en 1965, que la cantidad de transistores que se pueden meter en una pulgada cuadrada se duplicarían cada 18 meses. Y la bendita ley de la integración del silicio se ha venido cumpliendo puntualmente desde hace más de treinta años. Cada 18 meses la computadora debería pasar a mejor vida porque viene una mejor. Pero la Ley de Moore tiene un problema, llegará el momento en el cual será imposible colocar más transistores en el mismo espacio, principalmente porque producen calor y es indispensable eliminarlo para que el todo funcione bien, por eso las computadoras tienen esos molestos abanicos que dependiendo del fabricante resultan ser más ruidosos unos que otros. Así nos encontramos con la disyuntiva: entre más veloz sea la computadora más calor debe disipar, la Ley de Moore tocará fondo cuando sea imposible disipar el calor. Lo más grave, según algunos agoreros, que no forman parte de la empresa Intel, ese final está cerca.

La física cuántica

En este momento, el abanico de soluciones para seguir adelante no es muy amplio, por eso es meritorio y loable el premio Príncipe de Asturias para un físico cuántico que además está relacionando con la computación, este empujón permite impulsar las investigaciones en ese campo.

En las computadoras actuales, todo está basado en ceros y unos, el mítico código binario(3), que no es tan moderno, se usó en los sesenta y cuatro hexagramas(4) del I-Ching: el libro de las mutaciones, escrito hace varios miles de años en China. La ventaja del código binario es su sencillez, son dos estados, apagado/encendido, cero/uno, si/no, con la tecnología actual estos dos niveles de voltaje se pueden guardar durante mucho tiempo, de tal manera que luego se pueden recuperar, si almacenamos la hilera 01000001 (5) en el disco duro, dentro de seis meses podremos volver a leer 01000001, y eso aunque parezca extraño, es mágico. Ese guiño tecnológico es el que nos permite guardar este archivo y volverlo a leer. Ese flujo infinito de ceros y unos por doquier hacen posible Internet, la telefonía digital, la televisión digital, y un gran etc. Pero insisto, la magia consiste en que los mensajes se pueden leer y copiar de nuevo sin problema y sin TLC!!!!

La teoría de la relatividad y la mecánica cuántica derribaron la visión que nos heredaron Newton y Descartes, muy bien plantada durante varios siglos: el universo es un reloj. Tiempo, espacio y movimiento se relativizan y los seres humanos recuperan la posición privilegiada en una realidad que se torna borrosa y dependiente del observador. Este es un problema espinoso y fundamental de la cuántica que se resume en esta frase lapidaria: “El observador modifica lo observado”. Esta es una mala noticia para la computadora cuántica. El siguiente ejemplo puede ilustrar la situación aciaga, si recibiéramos un “email cuántico” mientras lo vamos leyendo se va transformando en algo sin sentido e indescifrable, por aquello de que “El observador altera lo que observa como consecuencia de la propia observación” Hasta tanto no se resuelva este problema la computadora cuántica seguirá siendo un sueño. Sin embargo, las investigaciones no se detienen.

El Teorema de No Clonación

Fue introducido por Dieks, Wootters y Zurek en 1982, el teorema es un resultado de la mecánica cuántica, asegura que el estado de un Qubit(6) no puede ser copiado en otro. Un espía no puede robarse una clave. Esta consecuencia tiene una enorme relación con la computación cuántica.

Del bit al Qubit

Es vox populi que un bit clásico (bit de Shannon) corresponde a la mínima cantidad de información que se manipula con la tecnología actual, y que puede almacenar un 0 o un 1 que luego puede ser copiado.

Gracias al principio de superposición de la física cuántica, el Qubit puede ser 0 y 1 a la vez, puedo estar vivo y muerto a la vez hasta que alguien me observa, como la historia del sapo transformado en príncipe. Se diferencia del Bit de Shannon porque no puede ser copiado a causa del teorema de no clonación.

Pero la frase lapidaria resulta ser maravillosa para otro cuento que seduce a muchos en la teoría de la información: la criptografía. Resulta que en buena medida el premio Príncipe de Asturias para el científico español se debe a sus logros en esta área.

Criptografía

Si A quiere enviar un mensaje a B que debe cruzar un espacio peligroso, digamos plagado de enemigos o chismosos, lo usual es traducir ese mensaje a otro que sea indescifrable para todos, excepto para B que si puede leerlo por que sabe como descifrarlo. Por ejemplo, las claves que se usan en los cajeros o en las páginas de los bancos se encriptan antes de transitar por la red en donde abundan los malvados. Aquí es donde la cuántica está dando sus primeros pasos en el mundo de la información, basta recordar la frase lapidaria: “El observador modifica lo observado”, un mensaje en código cuántico una vez que se lee se autodestruye como las cintas de Misión Imposible.

El computador cuántico

Según el físico español ganador de premio, tendremos que esperar unos 20 años para tener un computador cuántico. Él mismo duda del reciente anuncio de IBM sobre la creación del primer computador de qubits. A continuación dos preguntas que responde el científico:

– ¿Qué es exactamente un computador cuántico?

Es una máquina que, a diferencia de los computadores clásicos, utiliza las leyes de la mecánica cuántica para resolver problemas. Son leyes muy raras que hasta hace muy poco se usaban para crear paradojas y que han resultado atractivas para la filosofía de la ciencia. Pero a partir de los estudios de Planck y de Schrödinger, se comenzó a averiguar que se podían aplicar a la computación.

– ¿Cuáles son estas leyes y por qué son tan raras?

Una de ellas dice: “las cosas no están definidas, a menos que las observes”. Por ejemplo: la Luna no está en su lugar hasta que yo no la observe. Otra ley argumenta: “Un gato puede estar vivo y muerto a la vez”. Y una tercera, resultado de la unión de la primera ley y la segunda, expresa que: “un gato deja de estar vivo y muerto a la vez cuando uno lo observa. En ese momento o está vivo, o está muerto. Pero si no se le observa, su estado no está definido”. Una cuarta ley afirma: “una partícula puede pasar por dos agujeros a la vez, dos agujeros que pueden estar en cualquier sitio”. Para probar esta cuarta ley se emplearon –moléculas de carbón– cuya estructura es como un balón de fútbol. Y se demostró que era cierta. Conviene señalar que estas leyes sólo son válidas en la mecánica cuántica. Es decir, en el mundo microscópico, en el macroscópico las imperfecciones son mayores.

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Pregunta de investigación: ¿Porqué un físico cuántico no puede hacer el amor?

Sugerencia: Estudiar el principio de incertidumbre de Heisenberg (Premio Nobel de Física en 1932)


(1)Los siguientes, además de PhD, son todos Premio Nobel de Física: William Daniel Phillips (1997), Claude Cohen-Tannoudji (1997), Wolfgang Ketterle (2001), Eric A. Cornell (2001), Theodor W. Hänsch (2005), Roy J. Glauber (2005).

(2)Ley de Moore. 40 Aniversario.

(3)Gottfried Wilhelm von Leibnitz (1646 - 1716) publicó en 1679 un interesante desarrollo del sistema binario, que se usa en las computadoras actuales, en el artículo "De Progressione Dyadica".

(4)Los hexagramas están formados por dos tipos de líneas: continua y discontinua, como cero/uno, si/no, o el yin/yang del Tao de los filósofos chinos. En 1799 Leibnitz mantuvo una correspondencia con un misionero jesuita de la China, se sorprendió al conocer que los hexagramas del I-Ching se podían interpretar como una representación binaria de los números del 0 a 63, es decir, 64 combinaciones que corresponden a 2 elevado a la 6.

(5)01000001 es la representación binaria de la letra A en código ASCII.

(6)Qubit viene del idioma inglés: Quantum Bit.

FOB

A 19 de junio de 2006.