04 mayo 2012

Anuncian la primera computadora cuántica con arquitectura von Neumann

Investigadores de la Universidad de California en Santa Barbara se convirtieron en los primeros en combinar un procesador cuántico con una memoria que podría ser utilizada para almacenar datos e instrucciones, y de esta forma hacer posible la realización de cálculos complejos que están mucho más allá del poder de las computadoras convencionales.
Este avance en la computación cuántica marca un hito similar al ocurrido en el diseño de la computación convencional en los años ’40.
Arquitectura Von Neumann: A temperaturas cercanas al cero absoluto, este chip se transforma en una computadora cuántica con un procesador (los dos cuadrados negros) y una memoria (las líneas en los extremos)

Fundamento

 
Si bien la computación cuántica actualmente es más que nada un tema de investigación, ofrece la posibilidad de la creación de computadoras mucho más capaces de las que utilizamos hoy en día.
 
Ese poder proviene de su versión de la unidad de computación más básica, el bit. En una computadora corriente, un bit puede representar en cualquier momento el 0 ó el 1, mientras que en la computación cuántica este bit – el qubit – puede representar ambos valores de forma simultánea.
 
Cuando los qubits – en ese estado de superposición – trabajan en conjunto, pueden operar exponencialmente más datos que los que operan el mismo número de bits regulares.
 
Como resultado, las computadoras cuánticas podrían ser capaces de vencer cifrados que hoy por hoy son inquebrantables (en práctica), y de realizar simulaciones de alta complejidad.
 
La unión del procesador con las memorias hace que esta realidad se vuelva mucho más cercana, ya que se torna más práctico controlar y programar lo que una computadora cuántica puede realizar, dijo Matteo Mariantoni, director del proyecto.
 

Diseño

 
El diseño que los investigadores adoptaron es conocido como la arquitectura von Neumann, nombrada así por John Von Neumann, pionero de la idea de la realización de computadoras con el procesador y la memoria combinados.
 
Boceto de la arquitectura von Neumann
 
Antes de que los primeros diseños de von Neumann fueran creados a fines de la década de los ’40, las computadoras eran reprogramadas a través de configuraciones físicas (o sea, establecían los circuitos a mano). “Todas las computadoras que utilizamos en nuestras vidas cotidianas están basadas en la arquitectura von Neumann, y hemos sido capaces de crear el equivalente de la mecánica cuántica,” dijo Mariantoni.
 
Por el momento, el único sistema de computación cuántica disponible está valuado en unos U$S10 millones y no dispone de módulos de memoria, haciendo su desempeño mucho más acotado y trabajando como una computadora pre-von Neumann.
 

La computadora

 
Los qubits pueden ser fabricados de varias maneras, como por ejemplo, suspendiendo iones o átomos en campos magnéticos. En este caso, fueron utilizados circuitos eléctricos convencionales que deben ser enfriados hasta temperaturas cercanas al cero absoluto para poder convertirse en superconductores y activar su comportamiento cuántico.
 
Estos circuitos pueden ser fabricados con las mismtas técnicas utilizadas para las computadoras comunes. Mariantoni afirmó que utilizar estos circuitos superconductores les permitió ubicar los elementos de los qubits y la memoria juntos en un solo chip, y así hacer factible el nuevo diseño inspirado en von Neumann.
 
El procesador consiste en dos qubits vinculados por un bus cuántico que les permite comunicarse. Cada uno de ellos está también conectado a una memoria, en la cual cada qubit puede guardar su valor actual para ser utilizado posteriormente, sirviendo la función de una RAM de una computadora convencional.
 
Los vínculos entre los qubits y la memoria contienen dispositivos conocidos como resonators, circuitos zigzagueantes en los que el valor de un qubit puede vivir por un breve período de tiempo.
 
El grupo de investigadores utilizó este nuevo sistema para correr un algoritmo que es una especie de bloque de construcción de cómputo, llamado compuerta de Toffoli, que puede ser utilizado para implementar cualquier programa en la computación convencional. También se aplicó el diseño para realizar ciertas operaciones matemáticas que podrían quebrantar cifrados de datos complejos.
 
Con este acercamiento, y con el diseño de la computadora con un procesamiento parecido al cerebro humano de IBM, podemos notar que la computación tiene todavía mucho por delante. ¿Dónde quedó el límite de la computabilidad? Ya no me sorprendo por nada, ¿y ustedes?
 
Pueden leer la nota original en Technology Review, un blog publicado por el MIT con las últimas y más interesantes noticias de ciencia y tecnología. Realmente sin desperdicio.
 
Vía | Slashdot & Technology Review

1 comentario:

Jose Maria Aristimuño P dijo...

Es cierto, los estados digitales O y 1, a la larga después de múltiples operaciones terminan siendo analógicos, para reconstruir imágenes, voz, emisiones etc. El asunto es que la computadora cuantica es lo mas parecido al cerebro donde procesador y memoria están interconectados, y pasan a razonar dependiendo sea el caso.
Jose Maria Aristimuño