A Ciencia cierta
3 de enero de 2006
Salvador Venegas Andraca*
Bárbara y Aureliano, con todos sus compañeros, esperaban con ansia ver el contenido de la cápsula del tiempo enterrada en su preparatoria 300 años atrás. Al abrir el tubo de metal vieron, entre todos los recuerdos ahí guardados, un clásico de la literatura mexicana del siglo XXI: El testigo, de Juan Villoro. Al abrir sus páginas, Bárbara y Aureliano encontraron una fotografía: un hombre en pantalones de mezclilla y camisa verde, con un pizarrón lleno de símbolos matemáticos detrás de él y a su derecha un aparato con espejos, rayos de varios colores y una masa azul fosforescente flotando en medio del instrumento. En el reverso de la fotografía se leía: Experimentos para construir una computadora cuántica en México. Septiembre del 2006!.
El párrafo anterior muestra una posible cara del futuro, pues el intercambio de información entre las comunidades científicas dedicadas al estudio de la mecánica cuántica y la teoría de la computación, dos grandes logros intelectuales del siglo XX, ha generado una nueva disciplina: la Computación Cuántica.
La mecánica cuántica es la rama de la física que explica el comportamiento de la naturaleza a escalas muy pequeñas (por ejemplo, el comportamiento de los átomos). La teoría de la computación se encarga de estudiar si un problema puede ser resuelto (y, en caso de ser así, el tiempo que toma hacerlo) usando un procedimiento, también llamado algoritmo, programado en una computadora. El propósito de la computación cuántica es crear computadoras y algoritmos que aprovechen las propiedades cuánticas de la materia, con el objetivo de incrementar la capacidad de las computadoras para procesar información y resolver problemas.
Como toda disciplina científica, la computación cuántica se compone de varias áreas. Una de ellas es la que comprende el desarrollo de algoritmos cuánticos. Esta área ha dado resultados muy importantes y llamativos, pues se ha encontrado que el uso de computadoras cuánticas en ciertas áreas del quehacer humano permitirá resolver problemas de forma más eficiente que con computadoras convencionales (esto es, con las computadoras que hemos utilizado hasta el día de hoy y cuyo comportamiento se describe a través de las leyes de la física clásica).
Por ejemplo, suponga usted que tiene un conjunto de elementos sin ningún orden (un caso concreto sería una lista desordenada de apellidos) y que deseamos utilizar una computadora para encontrar un elemento específico en dicho conjunto (por ejemplo, el apellido Loperena). En este caso, usar una computadora cuántica será más eficiente que utilizar una computadora convencional: el algoritmo cuántico que encontraría el elemento en cuestión es conocido como el algoritmo de Grover, en honor a su creador. Debido a las consecuencias que éste y otros casos tendrán en las tecnologías de la información y en los sistemas de seguridad computacional (por ejemplo, transmisión segura de datos en Internet), la computación cuántica ha atraído el interés no sólo del mundo científico, sino también del militar e industrial.
En el desarrollo de algoritmos eficientes para computadoras convencionales se utilizan diversas técnicas y herramientas matemáticas. Una de esas técnicas hace uso de la probabilidad. En la segunda y última parte de este artículo revisaremos un método para el diseño de algoritmos cuánticos inspirado en algoritmos probabilísticos.
*En este espacio de la Academia Mexicana de Ciencias escriben integrantes de la comunidad científica.
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