Los nanocientíficos sueñan con desarrollar una computadora cuántica, un dispositivo del tamaño de un grano de arena que podría ser más rápido y potente que los PCs modernos. Ya han identificado a los diminutos átomos artificiales llamados "puntos cuánticos" como los materiales más probables para construir estas máquinas, pero se han visto desconcertados por la conducta impredecible de estos puntos a escala nanométrica.
Un equipo de físicos de la Universidad de Ohio cree haber encontrado el problema y ha realizado una propuesta técnica para construir mejores puntos cuánticos. Los investigadores señalan que los defectos formados durante su creación operan como una barrera a la experimentación científica, pero que el obstáculo podría solventarse.
Científicos experimentales en Alemania habían bombardeado puntos cuánticos con luz para crear el estado mecánico cuántico necesario para hacer funcionar una computadora cuántica, pero no pudieron controlar ese estado de forma consistente. Sergio Ulloa, profesor de física y astronomía de la Universidad de Ohio, su colega José Villas-Boas, y el profesor adjunto Alexander Govorov desarrollaron modelos teóricos para averiguar la causa del problema.
Éste se origina durante la creación de los puntos del tipo estudiado. Usando una cámara de epitaxia por haces moleculares (MBE), los científicos rocían una superficie con átomos a altas temperaturas, creando una capa atómica. A medida que se agregan más capas, los puntos cuánticos afloran en la superficie como gotitas de agua. Pero un residuo delgado dejado en la superficie que Ulloa llama la "capa húmeda" puede causar los problemas durante los experimentos. Cuando los científicos bombardearon los puntos cuánticos con un haz de luz en los estudios anteriores, la capa húmeda causó interferencia, en lugar de permitir a la luz entrar en el punto y activar el estado cuántico.
Un punto cuántico -en azul- es excitado por un rayo láser (Foto: Ohio University )
El estudio sugiere que los científicos podrían perfeccionar el proceso reenfocando el haz de luz o cambiando la duración de los pulsos lumínicos para anular los efectos de la capa húmeda. De hecho, ya se ha utilizado el descubrimiento teórico en el laboratorio para manipular un punto cuántico con éxito.
El nuevo hallazgo podría conducir finalmente a mejorar los puntos cuánticos, y a la vez ayudar a los científicos a comprender mejor los estados cuánticos. Es un paso más para encontrar un mejor bit cuántico, que debiera conducirnos a una computadora de este tipo.
Los científicos están creando puntos cuánticos de muchas maneras para usarlos en diferentes aplicaciones. El tipo autoensamblado podría utilizarse en la electrónica óptica y las computadoras cuánticas. Otros tipos, como los puntos cultivados en una solución, podrían emplearse para aplicaciones relativas a la energía solar.
El estudio también ayudará al equipo de la Universidad de Ohio a comprender mejor cómo controlar el espín de los electrones, una propiedad que podría ser el mecanismo subyacente de dispositivos electrónicos más rápidos y eficaces.
ARTURO LUGO
Es un lugar donde hablamos de todo lo que se refiera al ultimo grito tecnologico, enterate de todas la novedades en tecnologia de información; QUE PASA HACIA EL NORTE;y en el mundo..!!! seguime que no te arrepentiras..!!!
EL OJO CLINICO DE LA TECNOLOGIA
domingo, 18 de mayo de 2008
Computación cuántica
La computación cuántica
Es un paradigma de computación distinto al de la computación clásica. Se basa en el uso de qubits en lugar de bits, y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos algoritmos. Una misma tarea puede tener diferente complejidad en computación clásica y en computación cuántica, lo que ha dado lugar a una gran expectación, ya que algunos problemas intratables pasan a ser tratables. Mientras un computador clásico equivale a una máquina de Turing, un computador cuántico equivale a una máquina de Turing indeterminista.
La empresa canadiense D-Wave Systems había supuestamente presentado el 13 de febrero de 2007 en Silicon Valley, una primera computadora cuántica comercial de 16-qubits de propósito general; luego la misma compañía admitió que tal máquina llamada Orion no es realmente una Computadora Cuántica, sino una clase de máquina de propósito general que usa algo de mecánica cuántica para resolver problemas.
Origen de la computación cuántica
A medida que evoluciona la tecnología, aumenta la escala de integración y caben más transistores en un espacio, así se fabrican microchips cada vez más pequeños, y es que, cuanto más pequeño es, mayor velocidad de proceso alcanza el chip. Sin embargo, no podemos hacer los chips infinitamente pequeños. Hay un límite en el cual dejan de funcionar correctamente. Cuando se llega a la escala de nanómetros, los electrones se escapan de los canales por donde deben circular. A esto se le llama efecto túnel.Una partícula, si se encuentra con un obstáculo, no puede atravesarlo y rebota. Pero los electrones, que son partículas cuánticas y se comportan como ondas, existe la posibilidad de que una parte de ellos pueda atravesar las paredes si es que estas son demasiado finas, de esta manera la señal pasaria por canales donde no debería circular. Por ello, el chip deja de funcionar correctamente. En consecuencia, la computación digital tradicional, no tardaría en llegar a su límite, puesto que ya se han llegado a escalas de cientos de nanómetros. Surge entonces la necesidad de descubrir nuevas tecnologías y es ahí donde entra la computación cuántica.
La idea de computación cuántica surge en 1981 cuando Paul Benioff expuso su teoría para aprovechar las leyes cuánticas en el entorno de la computación. En vez de trabajar a nivel de voltajes eléctricos, se trabaja a nivel de cuanto. En la computación digital, un bit sólo puede tomar dos valores: 0 ó 1. En cambio, en la computación cuántica, intervienen las leyes de la mecánica cuántica, y la partícula puede estar en superposición coherente: puede ser 0, 1 y puede ser un 0 y un 1 a la vez (dos estados ortogonales de una partícula subatómica). Eso permite que se puedan realizar varias operaciones a la vez, según el número de qubits.
El número de qubits indica la cantidad de bits que pueden estar en superposición. Con los bits convencionales, si teníamos un registro de tres bits, había ocho valores posibles y el registro sólo podía tomar uno de esos valores. En cambio, si tenemos un vector de tres qubits, la partícula puede tomar ocho valores distintos a la vez gracias a la superposición cuántica. Así un vector de tres qubits permitiría un total de ocho operaciones paralelas. Como cabe esperar, el número de operaciones es exponencial con respecto al número de qubits. Para hacerse una idea del gran avance, un computador cuántico de 30 qubits equivaldría a un procesador convencional de 10 teraflops (billones de operaciones en punto flotante por segundo) cuando actualmente las computadoras trabajan en el orden de gigaflops (miles de millones de operaciones).
Problemas de la computación cuántica
Uno de los obstáculos principales para la computación cuántica es el problema de la decoherencia cuántica, que causa la pérdida del caracter unitario (y, más específicamente, la reversibilidad) de los pasos del algoritmo cuántico. Los tiempos de decoherencia para los sistemas candidatos, en particular el tiempo de relajación transversal (en la terminología usada en la tecnología de resonancia magnética nuclear e imaginería por resonancia magnética) está típicamente entre nanosegundos y segundos, a temperaturas bajas. Las tasas de error son típicamente proporcionales a la razón entre tiempo de operación frente a tiempo de decoherencia, de forma que cualquier operación debe ser completada en un tiempo mucho más corto que el tiempo de decoherencia. Si la tasa de error es lo bastante baja, es posible usar eficazmente la corrección de errores cuánticos, con lo cual sí sería posible tiempos de cálculo más largos que el tiempo de decoherencia y, en principio, arbitrariamente largos. Se cita con frecuencia una tasa de error límite de 10-4, por debajo de la cual se supone que sería posible la aplicación eficaz de la corrección de errores cuánticos.
Otro de los problemas principales es la escalabilidad, especialmente teniendo en cuenta el considerable incremento en qubits necesarios para cualquier cálculo que implica la corrección de errores. Para ninguno de los sistemas actualmente propuestos es trivial un diseño capaz de manejar un número lo bastante alto de qubits para resolver problemas computacionalmente interesantes hoy en día.
Hardware para computación cuántica
Aún no se ha resuelto el problema de qué hardware sería el ideal para la computación cuántica. Se ha definido una serie de condiciones que debe cumplir, conocida como la lista de Di Vinzenzo, y hay varios candidatos actualmente.
Condiciones a cumplir
* El sistema ha de poder inicializarse, esto es, llevarse a un estado de partida conocido y controlado.
* Ha de ser posible hacer manipulaciones a los qubits de forma controlada, con un conjunto de operaciones que forme un conjunto universal de puertas lógicas (para poder reproducir a cualquier otra puerta lógica posible).
* El sistema ha de mantener su coherencia cuántica a lo largo del experimento.
* Ha de poder leerse el estado final del sistema, tras el cálculo.
* El sistema ha de ser escalable: tiene que haber una forma definida de aumentar el número de qubits, para tratar con problemas de mayor coste computacional.
Candidatos
* Espines nucleares de moléculas en disolución, en un aparato de RMN
* Flujo eléctrico en SQUIDs
* Iones suspendidos en vacío
* Puntos cuánticos en superficies sólidas
* Imanes moleculares en micro-SQUIDs
* Computadora cuántica de Kane
Procesadores
En 2004, científicos del Instituto de Física aplicada de la Universidad de Bonn publicaron resultados sobre un registro cuántico experimental. Para ello utilizaron átomos neutros que almacenan información cuántica, por lo que son llamados qubits por analogía con los bits. Su objetivo actual es construir una puerta cuántica, con lo cual se tendrían los elementos básicos que constituyen los procesadores, que son el corazón de los computadores actuales. Cabe destacar que un chip de tecnología VLSI contiene actualmente más de 100.000 puertas, de manera que su uso práctico todavía se presenta en un horizonte lejano.
Transmisión de datos
Científicos de los laboratorios Max Planck y Niels Bohr publicaron, en noviembre de 2005, en la revista Nature, resultados sobre la transmisión de información cuántica, usando la luz como vehículo, a distancias de 100 km. Los resultados dan niveles de éxito en las transmisiones de 70%, lo que representa un nivel de calidad que permite utilizar protocolos de transmisión con autocorrección.
Actualmente se trabaja en el diseño de repetidores, que permitirían transmitir información a distancias mayores a las ya alcanzadas.
Software para computación
Algoritmos cuánticos
Los algoritmos cuánticos se basan en un margen de error conocido en las operaciones de base y trabajan reduciendo el margen de error a niveles exponencialmente pequeños, comparables al nivel de error de las máquinas actuales.
* Algoritmo de Shor
* Algoritmo de Grover
* Algoritmo de Deutsch-Jozsa
Modelos
* Computadora cuántica de Benioff
* Computadora cuántica de Feynman
* Computadora cuántica de Deutsch
Complejidad
La clase de complejidad BQP estudia el costo de los algoritmos cuánticos con bajo margen de error.
Problemas propuestos
Se ha sugerido el uso de la computación cuántica como alternativa superior a la computación clásica para varios problemas, entre ellos:
* Factorización de números enteros
* Logaritmo discreto
* Simulación de sistemas cuánticos
Cronologia
Años 80
A comienzos de la década de los 80, empezaron a surgir las primeras teorías que apuntaban a la posibilidad de realizar cálculos de naturaleza cuántica.
1981 - Paul Benioff
Las ideas esenciales de la computación cuántica surgieron de la mente de Paul Benioff que trabajaba en el Argone National Laboratory en Illinois (EE.UU.). Teorizó un ordenador tradicional (máquina de Turing) operando con algunos principios de la mecánica cuántica.
1981-1982 Richard Feynman
El Dr. Richard Feynman, físico del California Institute of Technology en California (EE.UU.) y ganador del premio Nobel en 1965 realizó una ponencia durante el “First Conference on the Physics of Computation” realizado en el Instituto Tecnológico de Massachusets (EE.UU.) Su charla, bajo el título de “Simulating Physics With Computers" proponía el uso de fenómenos cuánticos para realizar cálculos computacionales y exponía que dada su naturaleza algunos cálculos de gran complejidad se realizarían más rápidamente en un ordenador cuántico.
1985 - David Deutsch
Este físico israelí de la Universidad de Oxford, Inglaterra, describió el primer computador cuántico universal, es decir, capaz de simular cualquier otro computador cuántico (principio de Church-Turing ampliado). De este modo surgió la idea de que un computador cuántico podría ejecutar diferentes algoritmos cuánticos.
Años 90
En esta época la teoría empezó a plasmarse en la práctica: aparecieron los primeros algoritmos cuánticos, las primeras aplicaciones cuánticas y las primeras máquinas capaces de realizar cálculos cuánticos.
1993 - Dan Simon
Desde el departamento de investigación de Microsoft (Microsoft Research), surgió un problema teórico que demostraba la ventaja práctica que tendría un computador cuántico frente a uno tradicional. Comparó el modelo de probabilidad clásica con el modelo cuántico y sus ideas sirvieron como base para el desarrollo de algunos algoritmos futuros (como el de Shor).
1993 - Charles Benett
Este trabajador del centro de investigación de IBM en Nueva York descubrió el teletransporte cuántico y que abrió una nueva vía de investigación hacia el desarrollo de comunicaciones cuánticas.
1994-1995 Peter Shor
Este científico americano de AT&T Bell Laboratories definió el algoritmo que lleva su nombre y que permite calcular los factores primos de números a una velocidad mucho mayor que en cualquier computador tradicional. Además su algoritmo permitiría romper muchos de los sistemas de criptografía utilizados actualmente. Su algoritmo sirvió para demostrar a una gran parte de la comunidad científica que observaba incrédula las posibilidades de la computación cuántica, que se trataba de un campo de investigación con un gran potencial. Además, un año más tarde, propuso un sistema de corrección de errores en el cálculo cuántico.
1996 - Lov Grover
Inventó el algoritmo de búsqueda de datos que lleva su nombre. Aunque la aceleración conseguida no es tan drástica como en los cálculos factoriales o en simulaciones físicas, su rango de aplicaciones es mucho mayor. Al igual que el resto de algoritmos cuánticos, se trata de un algoritmo probabilístico con un alto índice de acierto.
1997 - Primeros experimentos
En 1997 se iniciaron los primeros experimentos prácticos y se abrieron las puertas para empezar a implementar todos aquellos cálculos y experimentos que habían sido descritos teóricamente hasta entonces. El primer experimento de comunicación segura usando criptografía cuántica se realiza con éxito a una distancia de 23 Km. Además se realiza el primer teletransporte cuántico de un fotón.
1998 - 1999 Primeros Qbit
Investigadores de Los Álamos y el Instituto Tecnológico de Massachusets consiguen propagar el primer Qbit a través de una solución de aminoácidos. Supuso el primer paso para analizar la información que transporta un Qbit. Durante ese mismo año, nació la primera máquina de 2-Qbit, que fue presentada en la Universidad de Berkeley, California (EE.UU.) Un año más tarde, en 1999, en los laboratorios de IBM-Almaden, se creó la primera máquina de 3-Qbit y además fue capaz de ejecutar por primera vez el algoritmo de búsqueda de Grover.
Año 2000 hasta ahora
2000 - Continúan los progresos
De nuevo IBM, dirigido por Isaac Chuang (Figura 4.1), creó un computador cuántico de 5-Qbit capaz de ejecutar un algoritmo de búsqueda de orden, que forma parte del Algoritmo de Shor. Este algoritmo se ejecutaba en un simple paso cuando en un computador tradicional requeriría de numerosas iteraciones. Ese mismo año, científicos de Los Álamos National Laboratory (EE.UU) anunciaron el desarrollo de un computador cuántico de 7-Qbit. Utilizando un resonador magnético nuclear se consiguen aplicar pulsos electromagnéticos y permite emular la codificación en bits de los computadores tradicionales.
2001 - El algoritmo de Shor ejecutado
IBM y la Universidad de Stanford, consiguen ejecutar por primera vez el algoritmo de Shor en el primer computador cuántico de 7-Qbit desarrollado en Los Álamos. En el experimento se calcularon los factores primos de 15, dando el resultado correcto de 3 y 5 utilizando para ello 1018 moléculas, cada una de ellas con 7 átomos.
2005 - El primer Qbyte
El Instituto de “Quantum Optics and Quantum Information” en la universidad de Innsbruck (Austria) anunció que sus científicos habían creado el primer Qbyte, una serie de 8 Qbits utilizando trampas de iones.
2006 - Mejoras en el control del cuanto
Científicos en Waterloo y Massachusetts diseñan métodos para mejorar el control del cuanto y consiguen desarrollar un sistema de 12-Qbits. El control del cuanto se hace cada vez más complejo a medida que aumenta el número de Qbits empleados por los computadores.
2007 - D-Wave
La compañía canadiense D-Wave presenta públicamente su primer computador cuántico de 16 Qbit (Figura 4.2). Entre las aplicaciones que presenta para su sistema, se encuentra un sistema gestor de bases de datos y un algoritmo que soluciona Sudokus. Todo ello a través de una interficie gráfica similar a la utilizada en los computadores actuales, tratándose del primer acercamiento de la computación cuántica al mundo comercial y no tan científico.
2007 - Bus cuántico
En septiembre de este año, dos equipos de investigación estadounidenses, el National Institute of Standards (NIST) de Boulder y la Universidad de Yale en New Haven consiguieron unir componentes cuánticos a través de superconductores. De este modo aparece el primer bus cuántico, y este dispositivo además puede ser utilizado como memoria cuántica, reteniendo la información cuántica durante un corto espacio de tiempo antes de ser transferido al siguiente dispositivo.
FUENTE
WIKIS
ARTURO LUGO
Es un paradigma de computación distinto al de la computación clásica. Se basa en el uso de qubits en lugar de bits, y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos algoritmos. Una misma tarea puede tener diferente complejidad en computación clásica y en computación cuántica, lo que ha dado lugar a una gran expectación, ya que algunos problemas intratables pasan a ser tratables. Mientras un computador clásico equivale a una máquina de Turing, un computador cuántico equivale a una máquina de Turing indeterminista.
La empresa canadiense D-Wave Systems había supuestamente presentado el 13 de febrero de 2007 en Silicon Valley, una primera computadora cuántica comercial de 16-qubits de propósito general; luego la misma compañía admitió que tal máquina llamada Orion no es realmente una Computadora Cuántica, sino una clase de máquina de propósito general que usa algo de mecánica cuántica para resolver problemas.
Origen de la computación cuántica
A medida que evoluciona la tecnología, aumenta la escala de integración y caben más transistores en un espacio, así se fabrican microchips cada vez más pequeños, y es que, cuanto más pequeño es, mayor velocidad de proceso alcanza el chip. Sin embargo, no podemos hacer los chips infinitamente pequeños. Hay un límite en el cual dejan de funcionar correctamente. Cuando se llega a la escala de nanómetros, los electrones se escapan de los canales por donde deben circular. A esto se le llama efecto túnel.Una partícula, si se encuentra con un obstáculo, no puede atravesarlo y rebota. Pero los electrones, que son partículas cuánticas y se comportan como ondas, existe la posibilidad de que una parte de ellos pueda atravesar las paredes si es que estas son demasiado finas, de esta manera la señal pasaria por canales donde no debería circular. Por ello, el chip deja de funcionar correctamente. En consecuencia, la computación digital tradicional, no tardaría en llegar a su límite, puesto que ya se han llegado a escalas de cientos de nanómetros. Surge entonces la necesidad de descubrir nuevas tecnologías y es ahí donde entra la computación cuántica.
La idea de computación cuántica surge en 1981 cuando Paul Benioff expuso su teoría para aprovechar las leyes cuánticas en el entorno de la computación. En vez de trabajar a nivel de voltajes eléctricos, se trabaja a nivel de cuanto. En la computación digital, un bit sólo puede tomar dos valores: 0 ó 1. En cambio, en la computación cuántica, intervienen las leyes de la mecánica cuántica, y la partícula puede estar en superposición coherente: puede ser 0, 1 y puede ser un 0 y un 1 a la vez (dos estados ortogonales de una partícula subatómica). Eso permite que se puedan realizar varias operaciones a la vez, según el número de qubits.
El número de qubits indica la cantidad de bits que pueden estar en superposición. Con los bits convencionales, si teníamos un registro de tres bits, había ocho valores posibles y el registro sólo podía tomar uno de esos valores. En cambio, si tenemos un vector de tres qubits, la partícula puede tomar ocho valores distintos a la vez gracias a la superposición cuántica. Así un vector de tres qubits permitiría un total de ocho operaciones paralelas. Como cabe esperar, el número de operaciones es exponencial con respecto al número de qubits. Para hacerse una idea del gran avance, un computador cuántico de 30 qubits equivaldría a un procesador convencional de 10 teraflops (billones de operaciones en punto flotante por segundo) cuando actualmente las computadoras trabajan en el orden de gigaflops (miles de millones de operaciones).
Problemas de la computación cuántica
Uno de los obstáculos principales para la computación cuántica es el problema de la decoherencia cuántica, que causa la pérdida del caracter unitario (y, más específicamente, la reversibilidad) de los pasos del algoritmo cuántico. Los tiempos de decoherencia para los sistemas candidatos, en particular el tiempo de relajación transversal (en la terminología usada en la tecnología de resonancia magnética nuclear e imaginería por resonancia magnética) está típicamente entre nanosegundos y segundos, a temperaturas bajas. Las tasas de error son típicamente proporcionales a la razón entre tiempo de operación frente a tiempo de decoherencia, de forma que cualquier operación debe ser completada en un tiempo mucho más corto que el tiempo de decoherencia. Si la tasa de error es lo bastante baja, es posible usar eficazmente la corrección de errores cuánticos, con lo cual sí sería posible tiempos de cálculo más largos que el tiempo de decoherencia y, en principio, arbitrariamente largos. Se cita con frecuencia una tasa de error límite de 10-4, por debajo de la cual se supone que sería posible la aplicación eficaz de la corrección de errores cuánticos.
Otro de los problemas principales es la escalabilidad, especialmente teniendo en cuenta el considerable incremento en qubits necesarios para cualquier cálculo que implica la corrección de errores. Para ninguno de los sistemas actualmente propuestos es trivial un diseño capaz de manejar un número lo bastante alto de qubits para resolver problemas computacionalmente interesantes hoy en día.
Hardware para computación cuántica
Aún no se ha resuelto el problema de qué hardware sería el ideal para la computación cuántica. Se ha definido una serie de condiciones que debe cumplir, conocida como la lista de Di Vinzenzo, y hay varios candidatos actualmente.
Condiciones a cumplir
* El sistema ha de poder inicializarse, esto es, llevarse a un estado de partida conocido y controlado.
* Ha de ser posible hacer manipulaciones a los qubits de forma controlada, con un conjunto de operaciones que forme un conjunto universal de puertas lógicas (para poder reproducir a cualquier otra puerta lógica posible).
* El sistema ha de mantener su coherencia cuántica a lo largo del experimento.
* Ha de poder leerse el estado final del sistema, tras el cálculo.
* El sistema ha de ser escalable: tiene que haber una forma definida de aumentar el número de qubits, para tratar con problemas de mayor coste computacional.
Candidatos
* Espines nucleares de moléculas en disolución, en un aparato de RMN
* Flujo eléctrico en SQUIDs
* Iones suspendidos en vacío
* Puntos cuánticos en superficies sólidas
* Imanes moleculares en micro-SQUIDs
* Computadora cuántica de Kane
Procesadores
En 2004, científicos del Instituto de Física aplicada de la Universidad de Bonn publicaron resultados sobre un registro cuántico experimental. Para ello utilizaron átomos neutros que almacenan información cuántica, por lo que son llamados qubits por analogía con los bits. Su objetivo actual es construir una puerta cuántica, con lo cual se tendrían los elementos básicos que constituyen los procesadores, que son el corazón de los computadores actuales. Cabe destacar que un chip de tecnología VLSI contiene actualmente más de 100.000 puertas, de manera que su uso práctico todavía se presenta en un horizonte lejano.
Transmisión de datos
Científicos de los laboratorios Max Planck y Niels Bohr publicaron, en noviembre de 2005, en la revista Nature, resultados sobre la transmisión de información cuántica, usando la luz como vehículo, a distancias de 100 km. Los resultados dan niveles de éxito en las transmisiones de 70%, lo que representa un nivel de calidad que permite utilizar protocolos de transmisión con autocorrección.
Actualmente se trabaja en el diseño de repetidores, que permitirían transmitir información a distancias mayores a las ya alcanzadas.
Software para computación
Algoritmos cuánticos
Los algoritmos cuánticos se basan en un margen de error conocido en las operaciones de base y trabajan reduciendo el margen de error a niveles exponencialmente pequeños, comparables al nivel de error de las máquinas actuales.
* Algoritmo de Shor
* Algoritmo de Grover
* Algoritmo de Deutsch-Jozsa
Modelos
* Computadora cuántica de Benioff
* Computadora cuántica de Feynman
* Computadora cuántica de Deutsch
Complejidad
La clase de complejidad BQP estudia el costo de los algoritmos cuánticos con bajo margen de error.
Problemas propuestos
Se ha sugerido el uso de la computación cuántica como alternativa superior a la computación clásica para varios problemas, entre ellos:
* Factorización de números enteros
* Logaritmo discreto
* Simulación de sistemas cuánticos
Cronologia
Años 80
A comienzos de la década de los 80, empezaron a surgir las primeras teorías que apuntaban a la posibilidad de realizar cálculos de naturaleza cuántica.
1981 - Paul Benioff
Las ideas esenciales de la computación cuántica surgieron de la mente de Paul Benioff que trabajaba en el Argone National Laboratory en Illinois (EE.UU.). Teorizó un ordenador tradicional (máquina de Turing) operando con algunos principios de la mecánica cuántica.
1981-1982 Richard Feynman
El Dr. Richard Feynman, físico del California Institute of Technology en California (EE.UU.) y ganador del premio Nobel en 1965 realizó una ponencia durante el “First Conference on the Physics of Computation” realizado en el Instituto Tecnológico de Massachusets (EE.UU.) Su charla, bajo el título de “Simulating Physics With Computers" proponía el uso de fenómenos cuánticos para realizar cálculos computacionales y exponía que dada su naturaleza algunos cálculos de gran complejidad se realizarían más rápidamente en un ordenador cuántico.
1985 - David Deutsch
Este físico israelí de la Universidad de Oxford, Inglaterra, describió el primer computador cuántico universal, es decir, capaz de simular cualquier otro computador cuántico (principio de Church-Turing ampliado). De este modo surgió la idea de que un computador cuántico podría ejecutar diferentes algoritmos cuánticos.
Años 90
En esta época la teoría empezó a plasmarse en la práctica: aparecieron los primeros algoritmos cuánticos, las primeras aplicaciones cuánticas y las primeras máquinas capaces de realizar cálculos cuánticos.
1993 - Dan Simon
Desde el departamento de investigación de Microsoft (Microsoft Research), surgió un problema teórico que demostraba la ventaja práctica que tendría un computador cuántico frente a uno tradicional. Comparó el modelo de probabilidad clásica con el modelo cuántico y sus ideas sirvieron como base para el desarrollo de algunos algoritmos futuros (como el de Shor).
1993 - Charles Benett
Este trabajador del centro de investigación de IBM en Nueva York descubrió el teletransporte cuántico y que abrió una nueva vía de investigación hacia el desarrollo de comunicaciones cuánticas.
1994-1995 Peter Shor
Este científico americano de AT&T Bell Laboratories definió el algoritmo que lleva su nombre y que permite calcular los factores primos de números a una velocidad mucho mayor que en cualquier computador tradicional. Además su algoritmo permitiría romper muchos de los sistemas de criptografía utilizados actualmente. Su algoritmo sirvió para demostrar a una gran parte de la comunidad científica que observaba incrédula las posibilidades de la computación cuántica, que se trataba de un campo de investigación con un gran potencial. Además, un año más tarde, propuso un sistema de corrección de errores en el cálculo cuántico.
1996 - Lov Grover
Inventó el algoritmo de búsqueda de datos que lleva su nombre. Aunque la aceleración conseguida no es tan drástica como en los cálculos factoriales o en simulaciones físicas, su rango de aplicaciones es mucho mayor. Al igual que el resto de algoritmos cuánticos, se trata de un algoritmo probabilístico con un alto índice de acierto.
1997 - Primeros experimentos
En 1997 se iniciaron los primeros experimentos prácticos y se abrieron las puertas para empezar a implementar todos aquellos cálculos y experimentos que habían sido descritos teóricamente hasta entonces. El primer experimento de comunicación segura usando criptografía cuántica se realiza con éxito a una distancia de 23 Km. Además se realiza el primer teletransporte cuántico de un fotón.
1998 - 1999 Primeros Qbit
Investigadores de Los Álamos y el Instituto Tecnológico de Massachusets consiguen propagar el primer Qbit a través de una solución de aminoácidos. Supuso el primer paso para analizar la información que transporta un Qbit. Durante ese mismo año, nació la primera máquina de 2-Qbit, que fue presentada en la Universidad de Berkeley, California (EE.UU.) Un año más tarde, en 1999, en los laboratorios de IBM-Almaden, se creó la primera máquina de 3-Qbit y además fue capaz de ejecutar por primera vez el algoritmo de búsqueda de Grover.
Año 2000 hasta ahora
2000 - Continúan los progresos
De nuevo IBM, dirigido por Isaac Chuang (Figura 4.1), creó un computador cuántico de 5-Qbit capaz de ejecutar un algoritmo de búsqueda de orden, que forma parte del Algoritmo de Shor. Este algoritmo se ejecutaba en un simple paso cuando en un computador tradicional requeriría de numerosas iteraciones. Ese mismo año, científicos de Los Álamos National Laboratory (EE.UU) anunciaron el desarrollo de un computador cuántico de 7-Qbit. Utilizando un resonador magnético nuclear se consiguen aplicar pulsos electromagnéticos y permite emular la codificación en bits de los computadores tradicionales.
2001 - El algoritmo de Shor ejecutado
IBM y la Universidad de Stanford, consiguen ejecutar por primera vez el algoritmo de Shor en el primer computador cuántico de 7-Qbit desarrollado en Los Álamos. En el experimento se calcularon los factores primos de 15, dando el resultado correcto de 3 y 5 utilizando para ello 1018 moléculas, cada una de ellas con 7 átomos.
2005 - El primer Qbyte
El Instituto de “Quantum Optics and Quantum Information” en la universidad de Innsbruck (Austria) anunció que sus científicos habían creado el primer Qbyte, una serie de 8 Qbits utilizando trampas de iones.
2006 - Mejoras en el control del cuanto
Científicos en Waterloo y Massachusetts diseñan métodos para mejorar el control del cuanto y consiguen desarrollar un sistema de 12-Qbits. El control del cuanto se hace cada vez más complejo a medida que aumenta el número de Qbits empleados por los computadores.
2007 - D-Wave
La compañía canadiense D-Wave presenta públicamente su primer computador cuántico de 16 Qbit (Figura 4.2). Entre las aplicaciones que presenta para su sistema, se encuentra un sistema gestor de bases de datos y un algoritmo que soluciona Sudokus. Todo ello a través de una interficie gráfica similar a la utilizada en los computadores actuales, tratándose del primer acercamiento de la computación cuántica al mundo comercial y no tan científico.
2007 - Bus cuántico
En septiembre de este año, dos equipos de investigación estadounidenses, el National Institute of Standards (NIST) de Boulder y la Universidad de Yale en New Haven consiguieron unir componentes cuánticos a través de superconductores. De este modo aparece el primer bus cuántico, y este dispositivo además puede ser utilizado como memoria cuántica, reteniendo la información cuántica durante un corto espacio de tiempo antes de ser transferido al siguiente dispositivo.
FUENTE
WIKIS
ARTURO LUGO
martes, 8 de abril de 2008
ley de moore al extremo cpu GENERACION 2008
LAS NOTICIAS DESTACADAS EN 2007 FUERON QUE INTEL PASÓ DE LOS PROCESADORES DE DOBLE NUCLEO A LOS 4 NUCLEOS , Y QUE AMD ADOPTO EL PROCESO DE 65nm. AHORA VEREMOS QUE LES ESPERA A AMBOS FABRICANTES
En 1965 gORDON mOORE Predijo algo audaz: el nucleo de transistores a reemplazarse en un circuito integrado se duplicará aproximadamente cada 2 años...
La industria cumplió muy de cerca esta máxima, conocida por siempre como la ley de moore. Pero or vez primera en 43 años, parece que los investigadores podran violar la ley( a final de cuentas eso se formularon), y eso es buena noticia .
La nuevas tecnicas de fabricación permiten realizar trucos que MOORE amás habria mconcebido e 1965.., y la teoria propuesta originalmente , cuando los transistores de un chip se contaban por miles, por fin necesita actualizarse que los chip rondan los miles de millones. Esta tecnica novedosa permiten a los diseñadores colocar 30 millones de transistores, rapidamente fue superado en 2007 por los chip multinúcleos que incorporan cerca de 800 millones de trasistores . Y en los proximos cinco años, los avances de la litografia y la ingenieria a nivel atómico presagian mayores capacidades en el poder de computo ¿A donde llegaremos ?
DESKTOP CHIPSETS
El año del procesador de doble nucleo fue 2007 y 2008 lo sera de la transicion al proceso de fabricacion de 45 nm para INTEL.. y la tranmsicion a los procesadores de tres y de cuatro nucleo en chips mas chicos, aunque aún mejoran el rendimiento , tanto el que perciben como el que mide.
Entonces ¿que es lo bueno de un nuevo proceso de fabricación , y por que 45nm son mejores que el redimensionamiento tan anunciado de 65nm. en 2005? El novedoso PROCESO de 45nm es el sigte. paso evolutivo en la fbricacion del CMOS (Complementary metal Oxide Semiconductor). Este no solo permitirá a los fabricantes poner los circuitos más apretados, lo que hará posibles más transistores por CPU, tambien ,permitira más chips producidos por WAFER (tambien llamadas obleas ) de silicio. lo que generara mayores rendimientos por cada WAFER estandar de 25-300 nm y e abaratamiento de los chips. De hecho en los ultimos trinta años el costo de fabricar un millón de chips ha caido , de poco más de 106 mil dolares a menos de cinco centavos , y los ,precios bajarán más en adelante
Pongamos el rendimiento en perspectiva. El Procesador Pentium original lanzado en 1993, usaba el proceso de 800 nm(0.8 7/8m) Eso es una reduccion de casi 18 veces en 14 años. Los fisicos proponen que los siguientes pasos son lo 32 nm(en 008 o bien 2009), 22nm(2011-2012) y 16 nm (2014-2018). Entonces los fabricantes tendrán líos : e esa escala el espacio entre los componentes se mide en atomos. Las compuertas lógicas y otros circuitos internos sólo tienen un átomo de ancho, ello conduciría a problemas graves que se discutirian mas adelante .
Otro beneficio de los CPU de la siguiente generacion es que pueden apgar fracciones individuales que no esten en uso.¿No utilizas los 4 nucleos en ese instante? Apagas los nucleos C Y D para ahorrar energía. es,to hará que la computadora se caliente menos y una PC mas fria es mas silenciosa .Es como cerrar las ventanas en ua recamara que no se usa. se emplea menos energia en ese cuarto, asi que los ,otros se enfrian de modo eficiente . Los nuevos procesadores suponen que los fabricantes de PC produciran maquinas mas chicas e innovadoras en el futuro
. Imaginate una PC mas chica que una macmini apaz de aventajar a otra computadora de ,doble nucleo overclokeada de principio de 2008. Sucederá e un plazo de 3 o cinco años.
resumenes...
INTEL ASUN SIGUE A LA CABEZA
hace poco INTEL hizo valer su dominio
en la industria de las CPU con el exitoso core 2 Duo (de nombre Conroe/Allendale), Core 2 Quad( el Kentsfield basado en el conroe) y los procesadores Core 2 Extreme overclokeado.
continuara..
ARTURO LUGO
En 1965 gORDON mOORE Predijo algo audaz: el nucleo de transistores a reemplazarse en un circuito integrado se duplicará aproximadamente cada 2 años...
La industria cumplió muy de cerca esta máxima, conocida por siempre como la ley de moore. Pero or vez primera en 43 años, parece que los investigadores podran violar la ley( a final de cuentas eso se formularon), y eso es buena noticia .
La nuevas tecnicas de fabricación permiten realizar trucos que MOORE amás habria mconcebido e 1965.., y la teoria propuesta originalmente , cuando los transistores de un chip se contaban por miles, por fin necesita actualizarse que los chip rondan los miles de millones. Esta tecnica novedosa permiten a los diseñadores colocar 30 millones de transistores, rapidamente fue superado en 2007 por los chip multinúcleos que incorporan cerca de 800 millones de trasistores . Y en los proximos cinco años, los avances de la litografia y la ingenieria a nivel atómico presagian mayores capacidades en el poder de computo ¿A donde llegaremos ?
DESKTOP CHIPSETS
El año del procesador de doble nucleo fue 2007 y 2008 lo sera de la transicion al proceso de fabricacion de 45 nm para INTEL.. y la tranmsicion a los procesadores de tres y de cuatro nucleo en chips mas chicos, aunque aún mejoran el rendimiento , tanto el que perciben como el que mide.
Entonces ¿que es lo bueno de un nuevo proceso de fabricación , y por que 45nm son mejores que el redimensionamiento tan anunciado de 65nm. en 2005? El novedoso PROCESO de 45nm es el sigte. paso evolutivo en la fbricacion del CMOS (Complementary metal Oxide Semiconductor). Este no solo permitirá a los fabricantes poner los circuitos más apretados, lo que hará posibles más transistores por CPU, tambien ,permitira más chips producidos por WAFER (tambien llamadas obleas ) de silicio. lo que generara mayores rendimientos por cada WAFER estandar de 25-300 nm y e abaratamiento de los chips. De hecho en los ultimos trinta años el costo de fabricar un millón de chips ha caido , de poco más de 106 mil dolares a menos de cinco centavos , y los ,precios bajarán más en adelante
Pongamos el rendimiento en perspectiva. El Procesador Pentium original lanzado en 1993, usaba el proceso de 800 nm(0.8 7/8m) Eso es una reduccion de casi 18 veces en 14 años. Los fisicos proponen que los siguientes pasos son lo 32 nm(en 008 o bien 2009), 22nm(2011-2012) y 16 nm (2014-2018). Entonces los fabricantes tendrán líos : e esa escala el espacio entre los componentes se mide en atomos. Las compuertas lógicas y otros circuitos internos sólo tienen un átomo de ancho, ello conduciría a problemas graves que se discutirian mas adelante .
Otro beneficio de los CPU de la siguiente generacion es que pueden apgar fracciones individuales que no esten en uso.¿No utilizas los 4 nucleos en ese instante? Apagas los nucleos C Y D para ahorrar energía. es,to hará que la computadora se caliente menos y una PC mas fria es mas silenciosa .Es como cerrar las ventanas en ua recamara que no se usa. se emplea menos energia en ese cuarto, asi que los ,otros se enfrian de modo eficiente . Los nuevos procesadores suponen que los fabricantes de PC produciran maquinas mas chicas e innovadoras en el futuro
. Imaginate una PC mas chica que una macmini apaz de aventajar a otra computadora de ,doble nucleo overclokeada de principio de 2008. Sucederá e un plazo de 3 o cinco años.
resumenes...
INTEL ASUN SIGUE A LA CABEZA
hace poco INTEL hizo valer su dominio
en la industria de las CPU con el exitoso core 2 Duo (de nombre Conroe/Allendale), Core 2 Quad( el Kentsfield basado en el conroe) y los procesadores Core 2 Extreme overclokeado.
continuara..
ARTURO LUGO
lunes, 7 de abril de 2008
Las mejores tecnologías del año 2007
ALMACENAMIENTO
DROBO
Es un robot de datos, como lo sugiere el nombre.Formatea de manera automática y reagrupa la información en los discos duros que pones en su carcasa de 4 bahias. Los Sistemas Raid Tradicionales usan un espacio reservado(ya sea en un drive duplicado ()RAID1)o en una porcion de espacio e todos los drives identicos (Raid5). El Drobo elimina todo eso al copiar de manera dinamica los datos duplicados a todos los drives que pogas en la carcasa, al usar una forma de virtualización de almacenamiento Dentro de la carcasa hay un CPU marvell Orion de ARM9 de 400 mhz, un sistema operativo incrustado , e incluso 128 mb de memoria DDR2 incluida, para mejorarla a diferencia de las soluciones RAID los Drives qu usa el DROBO no tienen que ser identicos.
INTERFAZ DEL USUARIO
MICROSOF SURFACE
La idea de emplear tecnologia de computo basada en los gestos o el contacto múltiple no es nueva. Jeff Hahn , Investigador consultor de la Universidad de Nueva York, La exibió el año pasado en una presentación que formó la base de su nueva compañía PERCEPTIVE PIXEL. y gesture tek HA EXPLOTADO EL MAPO MULTITÁCTIL por cerca de dos décadas mucha gente se ha parado sobre los anuncios interactivos de la compañia, proyectados en los pisos de las exposiciones comerciales y en los aeropuerto. Microsof se ha dado cuenta que la Surface en realidad expande los limites de la interaccion HOMBRE-MAQUINA, ejemplo de ellos es el modo como las lineas entre lo fisico y o virtyal desaparecen cuando la Syrface extrae de una camara paramanipularla con los dedos. aaparecerá en centmros comerciales en el transcurso del año.
COMPONENTE
nVIDIA TESLA...
de seguro conoces los GPU, pero ¿has oido hablar de los GPGPU?, eL CONCEPTO ES SIMPLE: USA LA GRAN ARQUITECTURA PARALELA DEL PROCESADOR DE GRAFICO PARA LAS TAREAS DE COMPUTO DE USO GENERAL.Debido a ese paralelismo, los calculos ordinarios se hacen mucho mas rápido.
Par crear el Tesla, su poderosa nueva apuesta en este mercado, nVIDIA ha reunido varios GPU .(si conectores de video) en una tarjeta o caja al lado del escritorio que ofrece niveles como de supercomputadora de operaciones en forma de punto flotante. El GPU de uso general(GPGPU, en ingles) se emplea como coprocesador de alto rendimiento para crear modelos climaticos, explorar yacimientos de gas y petroleo , a si como otras aplicaciones; esto por que es mucho mas barato que una supercomputadora. El Tesla incluso viene con un compilador C y herramientas propias.
TRANSMISION INHALAMBRICA
AMINON WHID
Las Tecnologías UWB(Ultra-wideband), tambien conocida como wireless USB, HA APARECIDO EN EL MERCADO COMO PALTAFORMAS DE CONEXIÓN INHALAMBRICA para periféricos de computadoras como cámaras, teclado y similares. Pero el invierno pasado una compañia Israeli llamada amimo introsujo su wireless High Definition Interface como estandar alternativo capaz de transmitir información en video de calidad 1080p. hasta los 30 m a traves de los muros . A diferencia de los competidores, amimon usa la misma banda ancha sin licencia de 5ghz que el IEE 802.11a, pero el protocolo es totalmente distinto , Y la supuesta transferencia de hasta 3 Gbps debería bastar para la tarea de ver buen video.
y por ultimo y el ultimo mas prometedor
IMPRESION
MEMJET
Lo que puede hacer Memjet, tecnología desarrollada durante diez años por Silverbrook Research: imprime páginas de tamaño carta a 60 ppm; es decir , una pagina por segundo. Memjet RECIBE SU NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA MEMS(sISTEMA DE MICROELECTROMECÁNICO) que hay en los orificios por donde se expulsa la tinta (que aparece en la parte superior).Pero las cabezas impresoras son la innovacion mas ,importante , pues se extiende en una pagina de modo que imprimen a todo lo ancho a la vez .
Consite en un arreglo de segmentos de microchips... individuales, con 6400 orificios en cada chip de 20 mm de largo . El segundo elemnto es un chips que , en el caso del modelo tamaño carta, maneja 70400 orificios y calcula el disparo de 900 millones de gotas de tinta por segundo.
¿ALGUIEN PIDIO VELOCIDAD?
ADJUNTARE LAS FOTOS CORRESPONDIENTES A CADA TECNOLOGIAS...
HAY MAS MUY PRONTO.
ARTURO LUGO
DROBO
Es un robot de datos, como lo sugiere el nombre.Formatea de manera automática y reagrupa la información en los discos duros que pones en su carcasa de 4 bahias. Los Sistemas Raid Tradicionales usan un espacio reservado(ya sea en un drive duplicado ()RAID1)o en una porcion de espacio e todos los drives identicos (Raid5). El Drobo elimina todo eso al copiar de manera dinamica los datos duplicados a todos los drives que pogas en la carcasa, al usar una forma de virtualización de almacenamiento Dentro de la carcasa hay un CPU marvell Orion de ARM9 de 400 mhz, un sistema operativo incrustado , e incluso 128 mb de memoria DDR2 incluida, para mejorarla a diferencia de las soluciones RAID los Drives qu usa el DROBO no tienen que ser identicos.
INTERFAZ DEL USUARIO
MICROSOF SURFACE
La idea de emplear tecnologia de computo basada en los gestos o el contacto múltiple no es nueva. Jeff Hahn , Investigador consultor de la Universidad de Nueva York, La exibió el año pasado en una presentación que formó la base de su nueva compañía PERCEPTIVE PIXEL. y gesture tek HA EXPLOTADO EL MAPO MULTITÁCTIL por cerca de dos décadas mucha gente se ha parado sobre los anuncios interactivos de la compañia, proyectados en los pisos de las exposiciones comerciales y en los aeropuerto. Microsof se ha dado cuenta que la Surface en realidad expande los limites de la interaccion HOMBRE-MAQUINA, ejemplo de ellos es el modo como las lineas entre lo fisico y o virtyal desaparecen cuando la Syrface extrae de una camara paramanipularla con los dedos. aaparecerá en centmros comerciales en el transcurso del año.
COMPONENTE
nVIDIA TESLA...
de seguro conoces los GPU, pero ¿has oido hablar de los GPGPU?, eL CONCEPTO ES SIMPLE: USA LA GRAN ARQUITECTURA PARALELA DEL PROCESADOR DE GRAFICO PARA LAS TAREAS DE COMPUTO DE USO GENERAL.Debido a ese paralelismo, los calculos ordinarios se hacen mucho mas rápido.
Par crear el Tesla, su poderosa nueva apuesta en este mercado, nVIDIA ha reunido varios GPU .(si conectores de video) en una tarjeta o caja al lado del escritorio que ofrece niveles como de supercomputadora de operaciones en forma de punto flotante. El GPU de uso general(GPGPU, en ingles) se emplea como coprocesador de alto rendimiento para crear modelos climaticos, explorar yacimientos de gas y petroleo , a si como otras aplicaciones; esto por que es mucho mas barato que una supercomputadora. El Tesla incluso viene con un compilador C y herramientas propias.
TRANSMISION INHALAMBRICA
AMINON WHID
Las Tecnologías UWB(Ultra-wideband), tambien conocida como wireless USB, HA APARECIDO EN EL MERCADO COMO PALTAFORMAS DE CONEXIÓN INHALAMBRICA para periféricos de computadoras como cámaras, teclado y similares. Pero el invierno pasado una compañia Israeli llamada amimo introsujo su wireless High Definition Interface como estandar alternativo capaz de transmitir información en video de calidad 1080p. hasta los 30 m a traves de los muros . A diferencia de los competidores, amimon usa la misma banda ancha sin licencia de 5ghz que el IEE 802.11a, pero el protocolo es totalmente distinto , Y la supuesta transferencia de hasta 3 Gbps debería bastar para la tarea de ver buen video.
y por ultimo y el ultimo mas prometedor
IMPRESION
MEMJET
Lo que puede hacer Memjet, tecnología desarrollada durante diez años por Silverbrook Research: imprime páginas de tamaño carta a 60 ppm; es decir , una pagina por segundo. Memjet RECIBE SU NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA MEMS(sISTEMA DE MICROELECTROMECÁNICO) que hay en los orificios por donde se expulsa la tinta (que aparece en la parte superior).Pero las cabezas impresoras son la innovacion mas ,importante , pues se extiende en una pagina de modo que imprimen a todo lo ancho a la vez .
Consite en un arreglo de segmentos de microchips... individuales, con 6400 orificios en cada chip de 20 mm de largo . El segundo elemnto es un chips que , en el caso del modelo tamaño carta, maneja 70400 orificios y calcula el disparo de 900 millones de gotas de tinta por segundo.
¿ALGUIEN PIDIO VELOCIDAD?
ADJUNTARE LAS FOTOS CORRESPONDIENTES A CADA TECNOLOGIAS...
HAY MAS MUY PRONTO.
ARTURO LUGO
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