¿Superando la Ley de Moore con la Computación Cuántica?
En los últimos meses han habido prometedores avances en el campo de la Computación Cuántica, llegando incluso a la formulación de una nueva ley que reemplazaría a la Ley de Moore
En 1965, Gordon Moore, cofundador de Intel, publicó un artículo en la revista Electronics donde anticipaba que el tamaño de los transistores disminuiría exponencialmente, permitiendo que el número de transistores por unidad de superficie en circuitos integrados se duplique cada año. Mientras más pequeños son los transistores de un chip, se pueden crear procesadores más rápidos, con menor consumo y de tamaño más reducido (o con más transistores en el mismo espacio).
Originalmente, la Ley de Moore fue formulada para establecer que la duplicación sucedería cada un año, pero en 1975, Moore la redefinió ampliando el período a 24 meses. Esto quiere decir, que la velocidad de los procesadores o el poder del procesamiento total de los computadores se duplica cada 2 años.
Esta ley se mantiene vigente para los ordenadores convencionales y lleva sosteniéndose durante los últimos 54 años. Sin embargo, en 2007, el mismo Moore predijo su fin, asegurando que una nueva tecnología supliría a la actual y que su ley dejaría de cumplirse en 10 o 15 años más (desde 2007).
11 años después, en diciembre de 2018, los científicos del Google’s Quantum Artificial Intelligence Lab realizaron un cálculo matemático en el procesador cuántico más avanzado que tenían en ese momento. Sin embargo, pudieron reproducir el cálculo sin problemas utilizando un computador convencional. Un mes después, realizaron la misma prueba en una versión mejorada del chip cuántico. Esta vez, tuvieron que usar el computador convencional más poderoso del laboratorio para simular el resultado obtenido. En febrero, repitieron la operación y ya no había ningún computador en el laboratorio que pudiera simular sus equivalentes cuánticos. Para hacerlo, tuvieron que solicitar tiempo en la enorme red de servidores de Google, que les permitiera ejecutar operaciones compuestas por un millón de procesadores convencionales.
Estos avances explosivos llevaron a la formulación de la Ley de Neven al interior del Google’s Quantum Artificial Intelligence Lab. Esta nueva ley comenzó como una observación interna, hasta que en mayo se realizara el Google Quantum Spring Symposium, donde Hartmut Neven, Director del Quantum Artificial Intelligence Lab, expuso los avances experimentados y afirmó que los computadores cuánticos, en comparación a la tasa exponencial de los computadores clásicos, están ganando poder computacional a una tasa “doblemente exponencial” . Un ritmo asombrosamente rápido.
Con la Ley de Neven y el crecimiento doblemente exponencial, lo que se conoce como la “supremacía cuántica”, parece estar a la vuelta de la esquina. Básicamente, la “supremacía cuántica” es la hipótesis (aun no comprobada) de que los computadores cuánticos podrán realizar cálculos matemáticos de una complejidad inasumible para cualquier superordenador convencional.
“Con este crecimiento doblemente exponencial parece que nada está sucediendo, nada está sucediendo, y luego whoops, estás en un mundo diferente”, relató Neven. “Eso es lo que estamos experimentando aquí”.
Para tener una idea, el crecimiento exponencial bajo el que se rige la Ley de Moore ya es bastante rápido. Significa que el poder de cómputo de los computadores se duplica cada dos años, es decir, crece en potencias de 2, por lo que en diez pasos (20 años), pasamos de 2 a 1.024
El crecimiento doblemente exponencial aplicado en la Ley de Neven es mucho más dramático. En los mismos diez pasos, pasamos de 2 a 15.792.089.237.316.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000
Según el artículo Computer Scientists Expand the Frontier of Verifiable Knowledge, publicado en Quanta Magazine hace algunos meses, el crecimiento doblemente exponencial es tan singular, que es prácticamente imposible encontrar ejemplos en el mundo real, por lo que la tasa de progreso en la computación cuántica puede ser el primero.
Pero, ¿Cómo hemos llegado a la computación cuántica?
Los chips de un computador convencional contienen módulos, los cuáles contienen puertas lógicas, que a su vez contienen transistores. El transistor es la forma más simple de procesamiento de datos en los computadores, y son básicamente interruptores que bloquean o permiten el paso de electrones en una dirección. Como mencioné en el inicio del artículo, la regla general es que mientras más pequeños son los transistores de un chip, los procesadores son más rápidos, con menor consumo y (obviamente) de menor tamaño.
Sin embargo, los transistores que se están fabricando actualmente son tan pequeños que han comenzado a entrar en juego con los límites de la física: a partir de ciertos tamaños, los efectos cuánticos en los átomos de los que están compuestos esos transistores harán inviable su funcionamiento.
Para hacernos una idea, son incluso más pequeños que la mayoría de los virus. Su tamaño se mide en nanómetros, o la millonésima parte de un milímetro. Actualmente, ya han llegado a solo dos nanómetros o 10 átomos de diámetro, una barrera infranqueable.
En estas escalas, los electrones se transfieren a sí mismos al otro lado del camino (bloqueado por el transistor) por medio de un proceso llamado “el efecto túnel”. Aquí la física funciona muy diferente de la forma predecible a la que estamos acostumbrados y los computadores tradicionales simplemente no hacen sentido.
Recapitulando: básicamente, el crecimiento exponencial propuesto por la Ley de Moore se basa en la disminución del tamaño en que se fabrican los transistores. Actualmente, se han llegado a fabricar transistores tan pequeños, que están alcanzando su límite físico, provocando que comiencen a regir bajo las leyes del mundo cuántico. He aquí el origen de la computación cuántica y la muy probable caducidad de la Ley de Moore.
