El primer procesador cuántico

El pasado mes de junio, investigadores de Yale, dirigidos por Robert Schoelkopf, anunciaron la creación del primer procesador cuántico de estado sólido en la revista Nature.

Durante las últimas décadas, uno de los objetivos de los diseñadores de circuitos integrados siempre ha sido lograr introducir el mayor número de componentes en el menor espacio posible. Siempre se ha sabido que llegaría un momento en que esa miniaturización fuese tal que los componentes electrónicos serían de un tamaño tan pequeño que las leyes de la física clásica dejasen de ser válidas. En ese momento, los dispositivos tendrían que funcionar siguiendo las leyes de la Física Cuántica. Es decir, no se trata simplemente de que tengamos más componentes en menos espacio, sino de que además éstos tendrían diferentes fundamentos físicos de funcionamiento, lo que daría lugar a propiedades (y por lo tanto aplicaciones) diferentes.

El procesador de Yale está formado por dos bits cuánticos (qubits), y sólo puede realizar algoritmos muy sencillos. Cada qubit está formado en realidad por mil millones de átomos de aluminio, que actúan como un único átomo artificial. Cada uno de ellos presenta dos niveles energéticos, a los que se puede asignar el valor "1" o "0". Y es aquí donde empiezan las diferencias con los microprocesadores clásicos. Un sistema clásico permanecería en uno de esos dos valores, pero nada impide, en un sistema cuántico, que éste esté simultáneamente en varios estados. Es lo que se conoce como superposición de estados. Esto significa que un qubit puede almacenar de forma simultánea más de un bit de información.

Por ejemplo, si trabajamos con 4 bits de información,podemos tener 16 combinaciones diferentes (0000, 0001.... hasta 1111). Un sistema convencional sólo puede adoptar cada vez una de esas 16 combinaciones. Un sistema cuántico de 4 qubits podría almacenar simultáneamente los 16 valores.

Hasta ahora, el problema con el que se enfrentaban los investigadores es que los tiempos de vida de los átomos artificiales eran tan bajos que no podían realizarse operaciones con ellos. El equipo de Yale ha logrado que sus qubits de estado sólido duren del orden de microsegundos. Un tiempo pequeño, pero suficiente para realizar pequeños cálculos con éxito.

Y aunque aún estamos bastante lejos de tener un ordenador cuántico plenamente funcional, se ha dado un paso adelante bastante grande.

El ordenador que llegó a la Luna

El día 20 de este mes, como todo el mundo sabe, se cumplen 40 años de la llegada del hombre a la Luna. Lo que ya no es tan conocido es que el ordenador que controlaba el Apolo XI fue el primero fabricado con circuitos integrados.

Este ordenador, llamado AGC (Apollo Guidance Computer) fue diseñado y construido en el MIT y sus prestaciones, si bien casi ridículas para los estándares actuales, resultaban asombrosas para su época: velocidad de procesamiento de 1 MHz, 4 Kb de RAM, 32 Kb de ROM, y 4 registros de 16 bits. Su sistema operativo, llamado EXEC, podía ejecutar 8 tareas simultáneas. El usuario se comunicaba con el ordenador a través de una interfaz de 19 teclas, llamado DSKY. Obviamente, no disponía de disco duro, y los programas que necesitaba se almacenaban en memorias de ferrita.

Cada misión Apolo transportaba 2 ordenadores AGC, uno en el módulo lunar (el que alunizaba) y otro en el módulo de mando (la nave que permanecía orbitando), éste con dos DSKY.

Entre otras funciones, el AGC debía guiar al módulo, cuya masa era de 13.000 Kg, hacia el lugar de alunizaje previsto, así como llevarlo de vuelta al módulo de mando.

Si alguien desea fabricarse una réplica del AGC, puede hacerlo siguiendo el manual de instrucciones que un ingeniero estadounidense ha preparado, después de tardar 4 años en hacer él mismo una réplica en su tiempo libre. El manual es gratuito, aunque el autor advierte de que a él los componentes le costaron 3.000 dólares (que no es un precio excesivo, si se compara con los 150.000 que costó el original)

Y para finalizar, un vídeo en el que se ve a los astronautas del Apolo XI probando el AGC durante la misión. (Por cierto, este vídeo también puede verse en una página excelente, http://wechoosethemoon.org, en la que se puede seguir, en tiempo real, la misión, con vídeos, imágenes y las grabaciones de audio)