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Por qué la computación cuántica nos puede servir como una gran base de datos

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El 28 de septiembre de 2012, el New York Times publicó una historia, “Los australianos surgen en la búsqueda de una nueva clase de computadoras”, sobre lo que parece ser un gran avance en la carrera para construir una computadora cuántica de trabajo.

Si bien la definición de una computadora cuántica aludirá a muchos lectores, basta con decir que una computadora cuántica de trabajo será revolucionaria en el mundo de la tecnología.

La tecnología informática es la base de los cambios en el mundo que hemos experimentado en los últimos 50 años: la economía mundial, Internet, fotografía digital, robótica, smartphones y comercio electrónico. Es importante entonces, creo yo, que tengamos una comprensión básica de la tecnología para entender dónde puede estar llevándonos la computación cuántica.

En el principio, había ENIAC

Comencemos por el principio. El primer ordenador electrónico que funcionaba era el Integrador Numérico Electrónico y la Computadora, más comúnmente conocido como ENIAC. Fue desarrollado en la Escuela de Ingeniería Moore de la Universidad de Pensilvania bajo la financiación del Ejército de los EE. UU. Para calcular las trayectorias de tiroteo en la Segunda Guerra Mundial. (Además de ser una maravilla de la ingeniería, el ENIAC brilló el camino para muchos proyectos de TI importantes en los años transcurridos, pero era tarde para la Segunda Guerra Mundial, que terminó antes de que la computadora se completara).

El corazón de la capacidad de procesamiento de ENIAC fueron los tubos de vacío – 17.468 de ellos. Debido a que un tubo de vacío tiene sólo dos estados – apagado y encendido (también denominado 0/1) – los ordenadores adoptan la aritmética binaria, en lugar de aritmética decimal, donde los valores van de 0 a 9. Cada una de estas representaciones individuales se llama un bit, Abreviatura de “dígito binario”.

Era obviamente necesario que existiera alguna manera de representar los números, las letras y los símbolos que conocemos, por lo que un esquema de codificación propuesto por el American National Standards Institute (ANSI), conocido como American Standard Character Information Interchange (ASCII). Bajo ASCII, combinamos 8 bits para formar un carácter, o byte, bajo un esquema predeterminado. Hay 256 combinaciones que representan números, mayúsculas, minúsculas y caracteres especiales.

¿Confuso? No se preocupe – el usuario medio de la computadora no tiene necesidad de conocer los detalles. Se presenta aquí sólo como un bloque de construcción.

A continuación, las computadoras progresaron rápidamente de los tubos de vacío a los transistores (William Shockley y su equipo de Bell Labs ganaron el Premio Nobel para el desarrollo de transistores) y luego la capacidad de poner múltiples transistores en un chip para crear circuitos integrados. No pasó mucho tiempo antes de que estos circuitos incluyeran miles o incluso millones de transistores en un chip, lo que se llamaba integración a gran escala. Estas categorías: 1) tubos de vacío, 2) transistores 3) ICs y 4) VLSI se consideran las cuatro generaciones de desarrollo de hardware, no importa cuántos transistores se pueden atascar en un chip.

En el tiempo transcurrido desde que ENIAC “se puso en marcha” en 1946 y durante todas estas generaciones, el uso subyacente de la aritmética binaria basada en tubos de vacío se ha mantenido en su lugar. La computación cuántica representa una ruptura radical de esta metodología.

Computación cuántica: La gran ruptura

Las computadoras cuánticas aprovechan el poder de los átomos y las moléculas para procesar y realizar tareas de memoria a una velocidad mucho más rápida que una computadora basada en silicio… al menos teóricamente. Aunque hay algunas computadoras cuánticas básicas capaces de realizar cálculos específicos, es probable que un modelo práctico siga distando varios años. Pero si emergen, podrían cambiar drásticamente el poder de procesamiento de las computadoras.

Como resultado de este poder, la computación cuántica tiene el poder de mejorar en gran medida el procesamiento de datos grandes porque, al menos teóricamente, debe sobresalir en el procesamiento masivamente paralelo de datos no estructurados.

Las computadoras han continuado con el procesamiento binario por una razón: Realmente no había ninguna razón para jugar con algo que funcionaba. Después de todo, las velocidades de procesamiento de computadoras se han duplicado cada 18 meses a dos años. En 1965, el vicepresidente de Intel Gordon Moore escribió un artículo que detallaba lo que se conocía como la ley de Moore, en la que afirmaba que la densidad de procesadores se duplicaría cada dos años, lo que daría lugar a una duplicación de la velocidad de procesamiento. Aunque él había escrito que él predijo esta tendencia para durar por 10 años, ha – notablemente – continuado hasta el día de hoy.

Pero el aumento de la velocidad de procesamiento ha estado lejos de ser el único factor en el rendimiento mejorado de la computadora. Las mejoras en la tecnología de almacenamiento y el advenimiento de las telecomunicaciones han tenido casi la misma importancia. En los primeros días de las computadoras personales, los disquetes floppy contenían 140.000 caracteres y el primer disco duro que muchos compraron tenía 10 millones de caracteres. (Costaba unos $ 5,500 y era tan grande como una computadora de escritorio). Afortunadamente, el almacenamiento se ha hecho mucho más grande en capacidad, más pequeño en tamaño, más rápido en la velocidad de transferencia, y mucho, mucho más barato.

El gran aumento en la capacidad nos permite recopilar información en áreas que previamente o sólo podíamos arañar la superficie, o ni siquiera ahondar en absoluto. Esto incluye temas con muchos datos, como el clima, la genética, la lingüística, la simulación científica y la investigación en salud, entre muchos otros.

Haciendo sentido de los grandes datos

Cada vez más, grandes explotaciones de datos están encontrando que a pesar de todas las ganancias en el poder de procesamiento que hemos hecho, simplemente no es suficiente. Si vamos a ser capaces de dar sentido a esta enorme cantidad de datos que estamos acumulando, vamos a necesitar nuevas formas de analizarlo y presentarlo, así como computadoras más rápidas para procesarlo. Los ordenadores cuánticos pueden no estar listos para la acción, pero los expertos han estado observando cada progresión como el siguiente nivel de potencia de procesamiento de la computadora. No podemos decirlo con certeza, pero el próximo gran cambio en la tecnología informática podría ser una verdadera desviación de los chips de silicio que nos han llevado hasta ahora.