En los últimos años, los límites de esa #Tecnología se han aclarado: los componentes de la viruta solo pueden ser tan pequeños y se pueden empaquetar muy juntos, antes de que se superpongan o se cortocircuiten. Si las empresas van a seguir construyendo computadoras cada vez más rápidas, algo tendrá que cambiar.

Una de las principales esperanzas para el futuro de la informática cada vez más rápida es la física cuántica. Se espera que las #computadoras cuánticas sean mucho más rápidas que cualquier cosa que la era de la información haya desarrollado hasta ahora. Pero mi investigación reciente ha revelado que las computadoras cuánticas tendrán sus propios límites , y ha sugerido formas de descubrir cuáles son esos límites.

Los límites de la comprensión

Para los físicos, los humanos vivimos en lo que se llama el mundo " clásico".

La mayoría de las personas simplemente lo llaman "el mundo", y han llegado a comprender la física de forma intuitiva: lanzar una pelota la envía hacia arriba y luego hacia atrás en un arco predecible, por ejemplo.

Incluso en situaciones más complejas, las personas tienden a tener una comprensión inconsciente de cómo funcionan las cosas. La mayoría de las personas entiende que un automóvil funciona quemando gasolina en un motor de combustión interna (o extrayendo electricidad almacenada de una batería ) para producir energía que se transfiere a través de engranajes y ejes para girar las llantas, que empujan contra la carretera para mover el automóvil .

Bajo las leyes de la física clásica, existen límites teóricos para estos procesos. Pero son irrealmente altos: por ejemplo, sabemos que un automóvil nunca puede ir más rápido que la velocidad de la luz .

Y no importa la cantidad de combustible que haya en el planeta, ni la cantidad de caminos ni la fuerza de los métodos de construcción, ningún automóvil se acercará ni siquiera al 10% de la velocidad de la luz.

La gente nunca se encuentra con los límites físicos reales del mundo, pero existen, y con una investigación adecuada, los físicos pueden identificarlos. Hasta hace poco, sin embargo, los estudiosos solo tenían una idea bastante vaga de que la física cuántica también tenía límites , pero no sabían cómo descubrir cómo podrían aplicarse en el mundo real.

La incertidumbre de Heisenberg

Los físicos trazan la historia de la teoría cuántica hasta 1927, cuando el físico alemán Werner Heisenberg demostró que los métodos clásicos no funcionaban para objetos muy pequeños , aproximadamente del tamaño de átomos individuales. Cuando alguien arroja una pelota, por ejemplo, es fácil determinar exactamente dónde está la pelota y qué tan rápido se mueve.

Pero como mostró Heisenberg, eso no es cierto para los átomos y las partículas subatómicas.

En cambio, un observador puede ver dónde está o qué tan rápido se mueve, pero no ambos al mismo tiempo. Esta es una realización incómoda: incluso desde el momento en que Heisenberg explicó su idea, Albert Einstein (entre otros) estaba intranquilo con eso . Es importante darse cuenta de que esta "incertidumbre cuántica" no es una deficiencia de los equipos de medición o ingeniería, sino más bien cómo funciona nuestro cerebro. Hemos evolucionado para estar tan acostumbrados a cómo funciona el "mundo clásico" que los mecanismos físicos reales del "mundo cuántico" están simplemente más allá de nuestra capacidad de captarlo por completo.

Ingresando al mundo cuántico

Si un objeto en el mundo cuántico viaja de un lugar a otro, los investigadores no pueden medir exactamente cuándo se ha ido ni cuándo llegará. Los límites de la física imponen una pequeña demora en detectarlo. Entonces, no importa qué tan rápido suceda el movimiento, no se detectará hasta un poco más tarde. (Los períodos de tiempo aquí son increíblemente pequeños, cuadrillonésimas de segundo, pero suman más de billones de cálculos computacionales).

Esa demora efectivamente ralentiza la velocidad potencial de un cálculo cuántico: impone lo que llamamos el "límite de velocidad cuántica".

En los últimos años, la investigación ha demostrado cómo este límite de velocidad cuántica se determina en diferentes condiciones, como el uso de diferentes tipos de materiales en diferentes campos magnéticos y eléctricos. Para cada una de estas situaciones, el límite de velocidad cuántica es un poco más alto o un poco más bajo. Para sorpresa de todos, se encontró que a veces los factores inesperados pueden ayudar a acelerar las cosas, a veces, de manera contra intuitiva.

Para comprender esta situación, podría ser útil imaginar una partícula moviéndose a través del agua: la partícula desplaza las moléculas de agua a medida que se mueve. Y después de que la partícula ha avanzado, las moléculas de agua fluyen rápidamente hacia atrás donde estaban, sin dejar rastros del paso de la partícula.

Ahora imagina esa misma partícula viajando a través de la miel. La miel tiene una viscosidad más alta que el agua, es más gruesa y fluye más lentamente, por lo que las partículas de miel tardarán más tiempo en retroceder después de que la partícula se mueva. Pero en el mundo cuántico, el flujo de miel que regresa puede acumular presión que propulsa la partícula cuántica hacia adelante. Esta aceleración adicional puede hacer que el límite de velocidad de una partícula cuántica sea diferente de lo que un observador podría esperar.

Diseñando computadoras cuánticas

A medida que los investigadores comprendan más sobre este límite de velocidad cuántica, afectará la forma en que se diseñan los procesadores informáticos cuánticos. Así como los ingenieros descubrieron cómo reducir el tamaño de los transistores y agruparlos más estrechamente en un chip de computadora clásico, necesitarán alguna innovación inteligente para construir los sistemas cuánticos más rápidos posibles, operando lo más cerca posible del límite de velocidad máximo.

Hay mucho que pueden explorar los investigadores como yo. No está claro si el límite de velocidad cuántica es tan alto que es inalcanzable, como el automóvil que nunca se acercará a la velocidad de la luz. Y no comprendemos del todo cómo elementos inesperados en el entorno, como la miel en el ejemplo, pueden ayudar a acelerar los procesos cuánticos. A medida que las tecnologías basadas en la física cuántica se vuelven más comunes, necesitaremos saber más sobre dónde están los límites de la física cuántica y cómo diseñar sistemas que aprovechen al máximo lo que sabemos.