nihil alienum

el final de la ley de Moore y la computación cuántica

dandan | 19 Septiembre, 2007 23:33 | Share and Enjoy:

He estado leyendo unas declaraciones de Gordon Moore (a través de Barrapunto y The inquirer, que apuntan a Epicenter, un blog de Wired) en las que predice el próximo final de la ley que el mismo formuló en 1965, la ley de Moore. Gordon Moore es el cofundador de Intel, la empresa de los microprocesadores que seguramente estás usando al leer esto (a no ser que tengas AMD) y en 1965, antes de fundar Intel, afirmó que el número de transistores por pulgada en circuitos integrados se duplicaría cada año y que la tendencia continuaría durante las siguientes dos décadas, una declaración que se consagró como la ley de Moore.

Al final el término se estableció en un año y medio, pero el caso es que la ley ha funcionado durante todos estos años. Cada vez tenemos microprocesadores más potentes con más transistores en el mismo espacio que multiplican exponencialmente la capacidad de cálculo. Ha partir de un momento dado, esto ha seguido siendo posible gracias a la nanotecnología, que permite diseñar transistores cada vez más pequeños, pero existe un límite para este proceso. En la entrevista que resume el post de Epicenter, Moore explica la respuesta de Stephen Hawking a la pregunta por ese límite:

During the interview, Moore recalled a visit Stephen Hawking made to IDF a few years ago, where the famous theoretical physicist was asked essentially the same question. His reply was (in true Hawking fashion) was with another question: What are the fundamental limitations to microelectronics? The answer, according to Hawking, is the speed of light and the atomic nature of matter.

Por lo que he leido, el límite al que está llegando la nanotecnología en este campo tiene más que ver con la naturaleza atómica de la materia. La unidad con la que trabaja la nanotecnología es el nanómetro, que es la millonésima parte de un milímetro, y el resultado de ese camino de miniaturización es que a partir de un cierto umbral (unas decenas de nanómetros) la materia presenta efectos cuánticos que harían necesaria una tecnología diferente para seguir realizando cálculos a ese nivel, la computación quántica, en la que se está trabajando desde hace años con resultados diversos. Lo que me ha llamado la atención es que el final previsible de la ley de Moore parece que deja como única alternativa de progreso la computación quántica.

Hace unos días (a través de menéame) leí una buena explicación de Javier Canteros sobre la computación cuántica en Comunidad Smart (hay otra muy buena en inglés de Jacob West, aunque algo más antigua, aquí). El problema a partir del umbral quántico es la aparición del efecto tunel, por el cual un electrón, que puede aparecer tanto en estado de partícula como de onda, puede atravesar como onda puertas cerradas que se han establecido para distribuir partículas. La informática que utilizamos funciona en el nivel de lenguaje máquina (el más básico de todos que es el que utiliza el microprocesador) por una lógica binaria que solo tiene dos señales: 1 y 0. 1 es cuando el impulso eléctrico pasa por la puerta, y 0 es cuando no pasa. Pero si resulta que, por el efecto tunel, el electrón pasa de todas todas por la puerta aunque esté cerrada, el resultado final ya no es un estado determinado dentro de una lógica binaria, sino una superposición de ambos estados, 1 y 0 a la vez. Copio y pego el gráfico con el que explica el efecto tunel.

Esto, que aparentemente es un problema, en realidad supone una explosión exponencial de eficacia si se puede controlar. Javier Canteros lo explica así:

"Es la puerta la que define el estado del bit. Si el impulso pasa, es un 1; si no pasa, es un 0. Pero si estamos hablando de un átomo o de una partícula subatómica, donde interviene la mecánica cuántica con sus leyes surrealistas, el átomo o partícula puede estar en una superposición coherente de los dos estados. Esto significa que el bit es 1 y 0 a la vez, sí y no simultáneamente.

Es lo que se llama el qubit, del inglés quantum bit. Para explicar de manera más sencilla su estado simultáneo de 1 y 0, no hay analogía que valga. Es el tómalo o déjalo.

Imagina un conjunto -o registro- de tres bits. Cada bit puede ser un 0 o un 1. Por lo tanto, en cualquier momento dado, ese registro de tres bits sólo puede presentar uno de ocho números posibles.

1 2 3 4 5 6 7 8
000 001 010 100 110 101 011 111

Ahora, imagina que el conjunto está compuesto por tres qubits en lugar de los tres bits clásicos. En un mismo momento, ese registro de tres qubits presenta los ocho números simultáneamente. Es un registro en superposición cuántica.

A medida que agregamos qubits al registro, aumentamos exponencialmente su capacidad de representar números. Por ejemplo: tres qubits pueden representar 8 números a la vez, cuatro qubits pueden representar 16 números a la vez, cinco qubits, 32 números... Un número n de qubits puede representar 2n números simultáneamente. Una vez que el registro está en superposición cuántica, podemos realizar operaciones con todos los números.

Quizá no se note a primera vista el gigantesco poder de cálculo que esto significa porque nuestra mente no está preparada para pensar exponencialmente".

El problema de momento con la computación cuántica es que es dificil estabilizarla y conseguir fiabilidad. Se está trabajando sobre este tema y de vez en cuando leo noticias prometedoras, bueno y el año pasado le dieron el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica a Juan Ignacio Cirac, que está en ello. A ver si el final de la ley de Moore engancha con el principio de la computación cuántica, y teclear delante de una pantalla se convierta en un slalom vertiginoso en el que la participación acabe dependiendo de que nuestro cerebro evolucione a la velocidad a la que evolucione la tecnología que estamos creando con nuestros cerebros.