Computadoras cuánticas o basadas en ADN

Ordenadores cuánticos La enorme cantidad de potencia de procesamiento generada por los fabricantes de equipo aún no ha sido capaz de saciar nuestra sed de velocidad y potencia. En 1947, el ingeniero Howard Aiken dijo que sólo seis ordenadores digitales electrónicos satisfarían las necesidades informáticas de los Estados Unidos. Otros han hecho predicciones similares y erradas sobre la cantidad de potencia que bastaría para apoyar los crecientes avances tecnológico. Por supuesto, Aiken no contaba con las grandes cantidades de datos generados por la investigación científica, la proliferación de ordenadores personales o la aparición de la Internet, que sólo han alimentado nuestra necesidad de potencia cada vez más. ¿Tendremos alguna vez la cantidad de potencia informática que necesitamos o queremos? Si, como dice la Ley de Moore, el número de transistores en un microprocesador se duplica cada 18 meses, en el año 2020 o 2030 mediremos circuitos a escala atómica. Y el siguiente paso lógico será crear ordenadores cuánticos, que aprovecharán el poder de los átomos y moléculas para llevar a cabo tareas de memoria y procesamiento. Las computadoras cuánticas tienen el potencial para realizar ciertos cálculos mucho más rápido que cualquier ordenador basado en el silicio. Los científicos ya han construido ordenadores cuánticos básicos que pueden realizar ciertos cálculos, pero una computadora cuántica práctica aún está a años de distancia. A continuación, se explicara lo que un ordenador cuántico es. Usted no tiene que volver demasiado lejos para encontrar los orígenes de la computación cuántica. Mientras que las computadoras han estado alrededor nuestro por la mayoría del siglo 20, la computación cuántica fue teorizada hace menos de 30 años, por un físico del Laboratorio Nacional de Argonne. A Paul Benioff se le atribuye la primera aplicación de la teoría cuántica a los equipos en 1981. Benioff teorizó sobre la creación de una máquina de Turing cuántica. La mayoría de las computadoras digitales, como el que usted está utilizando para leer este artículo, se basan en la teoría de Turing. Definición de Computador Cuántico La máquina de Turing, desarrollado por Alan Turing en 1930, es un aparato teórico que consiste en una cinta de longitud ilimitada que se divide en pequeños cuadrados. Cada cuadrado puede contener un símbolo (1 o 0) o estar en blanco. Un dispositivo de lectura y escritura lee estos símbolos, lo que da la máquina las instrucciones para realizar un determinado programa. ¿Le suena familiar? Bueno, en una máquina de Turing cuántica, la diferencia es que en la cinta existe en un estado cuántico, al igual que en la cabeza de lectura y escritura. Esto significa que los símbolos en la cinta puede ser 0 o 1 o una superposición de 0 y 1, es decir los símbolos son 0 y 1 (y todos los puntos intermedios), al mismo tiempo. Mientras que una máquina de Turing normal sólo puede realizar un cálculo a la vez, una máquina de Turing cuántica puede realizar muchos cálculos a la vez. Los ordenadores actuales, trabajan mediante la manipulación de los bits que hay en uno de dos estados: un 0 o un 1. Las computadoras cuánticas no se limitan a dos estados, sino que codifican la información como qubits, que puede existir en superposición. Los Qubits representan los átomos, iones, fotones o electrones y sus respectivos dispositivos de control que están trabajando en conjunto para actuar como memoria de la computadora y procesador. Debido a que un ordenador cuántico puede contener estos varios estados al mismo tiempo, tiene el potencial de ser millones de veces más potente que los superordenadores más potentes de hoy. Esta superposición de qubits es lo que da a los ordenadores cuánticos su paralelismo inherente. Según el físico David Deutsch, este paralelismo permite que un ordenador cuántico pueda trabajar en un millón de cálculos a la vez, mientras que el PC de escritorio lo hace en uno. Una computadora cuántica de 30 qubits equivaldría a la potencia de procesamiento de una computadora convencional de 10 teraflops (billones de operaciones de punto flotante por segundo). Las computadoras de escritorio típicas de hoy funcionan a velocidades mucho menores. Un problema con la idea de los ordenadores cuánticos es que si usted echa un vistazo a las partículas subatómicas, usted podría golpearlas, y por lo tanto, cambiar su valor. Si nos fijamos en un qubit de superposición para determinar su valor, el qubit asumirá el valor de 0 o 1, pero no ambos (lo cual haría del computador cuántico uno común y corriente). Para hacer un ordenador cuántico práctico, los científicos tienen que encontrar formas de hacer las mediciones indirectamente para preservar la integridad del sistema. El entrelazamiento ofrece una posible respuesta. En la física cuántica, si se aplica una fuerza externa a dos átomos, puede hacer que se entrelacen, consiguiendo que el segundo átomo tenga las propiedades del átomo en primer lugar. Esto permite a los científicos conocer el valor de los qubits sin tener que mirarlos directamente. Las computadoras cuánticas podrían reemplazar algún día los chips de silicio, al igual que el transistor, una vez sustituyo al tubo de vacío. Pero por ahora, la tecnología necesaria para desarrollar un ordenador cuántico está más allá de nuestro alcance. La mayoría de la investigación en computación cuántica es todavía muy teórica. Los ordenadores cuánticos más avanzados no han ido más allá de la manipulación de 16 qubits, lo que significa que están muy lejos de su aplicación práctica. Sin embargo, el potencial es que los ordenadores cuánticos un día podría realizar, de forma rápida y sencilla, los cálculos que son increíblemente lentos en las computadoras actuales. Ordenadores Basados en ADN Mientras usted lee este artículo, los fabricantes de chips están en una carrera por desarrollar el microprocesador que va a batir los récords de velocidad. Tarde o temprano, sin embargo, esta competencia va a golpearse contra la pared. Los microprocesadores de silicio con el tiempo llegará a sus límites de velocidad y la miniaturización. Los fabricantes de chips necesitaran de un nuevo material para producir una mayor velocidad de computación. No vas a creer donde han encontrado los científicos el nuevo material que necesitan para construir la próxima generación de microprocesadores. Millones de supercomputadoras naturales existen dentro de los organismos vivos, incluyendo a tu cuerpo. ADN (ácido desoxirribonucleico) de moléculas, el material del cual nuestros genes están hechos, tienen el potencial para realizar cálculos muchas veces más rápido que los ordenadores más potentes del mundo. El ADN podría algún día ser integrado en un chip de computadora para crear un llamado biochip que empujará a los equipos aún más rápido. Moléculas de ADN ya se han aprovechado para llevar a cabo complejos problemas matemáticos. Aunque todavía en su infancia, los ordenadores de ADN serán capaces de almacenar miles de millones de veces más datos que un ordenador personal. A continuación, se explicará cómo los científicos están utilizando material genético para crear nano-ordenadores que podrían tomar el lugar de las computadoras basadas en el silicio en la próxima década. Tecnología utilizada Las computadoras de ADN no se puede encontrar en una tienda de electrónica todavía. La tecnología está todavía en desarrollo, y ni siquiera existia como concepto hace más una década. En 1994, Leonard Adleman introdujo la idea de usar el ADN para resolver complejos problemas matemáticos. Adleman, un científico de la Universidad del Sur de California, llegó a la conclusión de que el ADN tenía un potencial de cálculo después de leer el libro "Biología molecular del gen", escrito por James Watson, que co-descubrió la estructura del ADN en 1953. De hecho, el ADN es muy similar a un disco duro de la computadora en la forma en que almacena la información permanente sobre los genes. Adleman a menudo es llamado como el inventor de las computadoras de ADN. Su artículo en la edición 1994 de la revista Science describe cómo usar el ADN para resolver un problema matemático muy conocido, llamado el problema de Hamilton dirigido Ruta de acceso, también conocido como el "vendedor ambulante". El objetivo del problema es encontrar el camino más corto entre un número de ciudades, pasando por cada ciudad una sola vez. A medida que agrega más ciudades con el problema, el problema se vuelve más difícil. El éxito del equipo Adleman ADN demuestra que el ADN puede ser utilizado para el cálculo de los complejos problemas matemáticos. Sin embargo, esta primera computadora de ADN está lejos de acercarse a las computadoras basadas en el silicio en términos de velocidad. El ordenador de Adleman creó un grupo de posibles respuestas muy rápidamente, pero tardó días para Adleman reducir el número de posibilidades. Otro inconveniente de su computadora de ADN es que requiere ayuda humana. El objetivo del campo de la computación de ADN es crear un dispositivo que puede trabajar independientemente de la participación humana. Tres años después del experimento de Adleman, los investigadores de la Universidad de Rochester desarrollaron puertas lógicas de ADN. Las puertas lógicas son una parte vital de la forma en que un computador lleva a cabo funciones que le mandan hacer. Estas puertas convierten el código binario en movimiento a través de la computadora en una serie de señales que la computadora utiliza para realizar operaciones. En la actualidad, las puertas lógicas interpretar las señales de entrada de los transistores de silicio, y convierten las señales en una señal de salida que permite a la computadora realizar funciones complejas. Las puertas logicas de ADN del equipo de Rochester son el primer paso hacia la creación de una computadora que tenga una estructura similar a la de un ordenador electrónico. En lugar de utilizar las señales eléctricas para realizar operaciones lógicas, las puertas lógicas de ADN se basan en el código de ADN. Detectan fragmentos de material genético como entrada, empalmar estos fragmentos y formar una sola salida. Los investigadores creen que estas puertas de la lógica puede ser combinadas con microchips de ADN para crear un gran avance en la computación con ADN. Los componentes de un ordenador de ADN (puertas de la lógica y los biochips) tardarán años en convertirse en un práctico y viable ordenador. Si un ordenador se llegara a construir, los científicos dicen que será más compacto, preciso y eficiente que los ordenadores convencionales. En la siguiente sección, veremos cómo las computadoras de ADN podrían superar a sus predecesores basados en silicio, y las tareas que estos equipos se realizaría. Silicio vs ADN Los microprocesadores de silicio han sido el corazón del mundo de la computación desde hace más de 40 años. Durante ese tiempo, los fabricantes han abarrotado los dispositivos electrónicos más y más en sus microprocesadores. Muchos han predicho que este avance pronto llegará a su fin, debido a la velocidad física y limitaciones de la miniaturización de los microprocesadores de silicio. La ventaja clave del ADN es hacer las computadoras más pequeñas que cualquier computador que ha llegado antes que ellos, mientras que al mismo tiempo tengan más datos. Una libra de ADN (453g) tiene la capacidad para almacenar más información que todas las computadoras electrónicas del mundo, además la potencia de cálculo de un ordenador de ADN del tamaño de gota de agua, utilizando las puertas lógicas de ADN, será mayor que el de la supercomputadora más poderosa del mundo. Más de 10 billones de moléculas de ADN pueden caber en un área no mayor de 1 centímetro cúbico. Con esta pequeña cantidad de ADN, un ordenador sería capaz de llevar 10 terabytes de datos, y realizar 10 billones de cálculos a la vez. Mediante la adición de más ADN, más cálculos se pudo realizar. A diferencia de los ordenadores convencionales, los de ADN pueden realizar cálculos en paralelo. Computadoras convencionales funcionan de forma lineal, teniendo en las tareas de una en una. Se trata de la computación paralela que permite ADN para resolver complejos problemas matemáticos en horas, mientras que podría tomar cientos de años los equipos eléctricos para su realización. Las computadoras de ADN de primera es poco probable que cuentan con procesadores de texto, correo electrónico y programas como solitario o el buscaminas. En cambio, su poder de cómputo de gran alcance será utilizada por los gobiernos nacionales para el kakeo de códigos secretos, o por las compañías aéreas que deseen mapa de rutas más eficientes. El estudio de las computadoras de ADN también puede llevarnos a una mejor comprensión de un computador más complejo - el cerebro humano. Fuente: howstuffworks Otros posts que te van a interesar: 4 "Mitos" del Futuro? 10 Grandes Logros Intelectuales Conocer la mente de Dios: Siete "teorías del Todo"