lunes, 6 de octubre de 2014

Computación Cuántica, Computación Cognitiva y Biochips, el futuro de la tecnología

Nuestro amigo Gordon Moore enunció en 1965 una famosa ley que sugiere que cada 18 meses el número de transistores integrados en un chip se duplica mientras su coste se reduce en la misma proporción.

Esta ley empírica (más bien una conjetura) se ha mantenido inmutable durante 50 años aunque algunos predicen que pronto dejará de tener validez. El motivo: el tamaño de los transistores cada vez se aproxima más al del átomo, una barrera física insalvable.

Para que os hagáis una idea, recientemente Intel y TMSC se han embarcado en una encarnizada discusión sobre la posibilidad de bajar desde los 20 nanometros hasta los 16. Es una diferencia mínima pero sustancial pues estamos ya cerca de lo imposible. Y cuando se alcance esta barrera, cuando se deje de cumplir la Ley de Moore, la tecnología dejará de avanzar. Esas sorpresas que nos avasallan casi  diariamente dejarán de producirse y todo avanzará mucho más  lentamente.

De ahí que los grandes fabricantes comiencen a interesarse por la Computación Óptica, la Computación Cuántica, los Biochips o la Computación Cognitiva, un forma de progresar, de resolver algunos de los problemas más acuciantes de la actualidad utilizando arquitecturas diferentes.

COMPUTACIÓN CUÁNTICA

El año pasado salió a la venta el D-WAVE 2, el primero ordenador cuántico, al módico precio de 15 millones de dólares. Una locura, pero organizaciones como Google, Lookheed Martin o la misma NASA adquirieron algunos. La máquina no es más rápida que las tradicionales en los procesos habituales, pero sí es posible aprovechar su modo "cuántico" para realizar mucho más velozmente tareas muy concretas.

Y puede hacerlo porque en lugar de bits, ya sabéis o cero o uno, usan qubits (más...), elementos que pueden tomar los valores 0 y 1 simultáneamente lo que, en la práctica, se traduce en que pueden tomar cualquier valor en este rango con cierta probabilidad.

Este hecho es de vital importancia para desarrollar algoritmos de lógica difusa, en donde la certeza no es un mandato. La computación cuántica cobra así especial relevancia para la selección de soluciones óptimas, un proceso costoso pero fundamental en los algoritmos de aprendizaje de la Inteligencia Artificial que se utilizan para el reconocimiento de imágenes o el procesamiento del lenguaje natural (más...).

Pero estamos en pañales. Hasta el momento no se ha demostrado experimentalmente que un ordenador cuántico pueda resolver más rápidamente un problema que uno convencional. Teóricamente podría hacerlo pero aún nadie sabe cómo (más..). Los investigadores ni siquiera saben si los ordenadores realmente presentan los efectos cuánticos útiles para la algoritmia.

Habrá que esperar aunque hay otras líneas prometedoras como el primer chip óptico capaz de implementar la tele-transportación de un fotón. De nuevo rozamos la ciencia ficción pero ya se están haciendo los primeros experimentos (más...). También Microsoft lleva 10 años trabajando en este área para crear el primer qubit topológico, un nuevo enfoque que podría hacer dar un paso más a la computación cuántica al evitar los problemas detectados en otros entornos y facilitar la producción en masa de estos nuevos qubits. Aún no lo han logrado, pero es posible que están más cerca de conseguirlo que cualquier otro (más...)

Por cierto, si alguno de vosotros sois frikis de la programación y queréis experimentar con la computación cuántica, Google pone a vuestra disposición QScript, un simulador de un ordenador cuántico sobre el que podéis programar algoritmos como los de Grover y Shor.

COMPUTACIÓN COGNITIVA

IBM ha lanzado el proyecto SyNAPSE para crear un chip que rompa la arquitectura clásica de Von Neuman para simular el comportamiento del cerebro. El nuevo chip utiliza, en lugar de transistores, neuronas conectadas por axones y sinapsis "electrónicas" (más...).

Así la memoria y la capacidad de proceso coexisten en un mismo lugar lo que facilita realizar una enorme cantidad de trabajo en paralelo. Es la forma en que trabaja nuestro cerebro. Con una velocidad de proceso de apenas de 10 Hertzios es capaz de realizar con sencillez tareas inabordables para los ordenadores más potentes de la actualidad, billones de veces más rápidos. El cerebro realiza esta proeza porque tiene cerca de mil millones de neuronas trabajando simultáneamente mientras se comunican con todas las demás a través de diez billones de conexiones.

Y aquí abandonamos la ciencia-ficción para acercarnos un paso más hacia lo factible. IBM, empleando la potencia del super-ordenador Squoia, ha conseguido simular billones de neuronas y aún más sinapsis y espera alcanzar la capacidad del cerebro humano en el año 2020 (ver La carrera por crear la primera Inteligencia Artificial)

Científicos de la Universidad RMIT de Melbourne trabajan en la misma línea creando sistema de almacenamiento a escala nanoscópica que podría simular el funcionamiento de las redes neuronales (más...)

BIOCHIPS

Investigadores de la Universidad de Berckeley están tratando de hacer crecer tejido humano en el interior de chips. El objetivo: probar la reacción de estos tejidos ante diferentes medicamentos para seleccionar, no sólo el mejor, sino el más adecuado para una persona concreta. En realidad, más que seleccionar uno, descartarán más rápidamente los inútiles (lo estudios farmacológicos se basan en la prueba y el error, un proceso lento y costoso) para centrar las pruebas en los supervivientes (más...).

Las posibilidades son muchas. Combinando diferentes tejidos en un mismo chip se podrían probar varios medicamentos simultáneamente o crear un chip que acapare diferentes funciones del cuerpo humano para probar los efectos de un medicamento sobre diferentes órganos. Además, se evitarían las cruentas pero necesarias (hasta ahora) pruebas con animales.

Como ya os podréis imaginar, aquí tampoco todo es perfecto. No está claro si los biochips serían eficaces para probar todo tipo de medicamentos pues sólo emulan de forma limitada algunas características de órganos como el corazón o el hígado pero se muestran incapaces de considerar las relaciones que se dan entre estos órganos en el cuerpo humano.

LA SITUACIÓN EN ESPAÑA

En cuanto a la Computación Cuántica destacan algunos de los trabajos de los grupos de investigación del CSIC:
  • El Instituto de Física Indisciplinar y Sistemas Complejos trabaja en el área del desacuerdo cuántico (quantum discord) un puerta para desarrollar ordenadores cuánticos desprovistos de entrelazado (más...). Su trabajo sobre las puertas lógicas discordantes ha sido publicado en 2013 en las Phisical Review Letters  (más...)
  • Este mismo instituto, en colaboración con la Fundación Ikerbasque y el Instituto Walter-Meissner de Munich (Alemania), ha desarrollado un circuito que interacciona con las ondas electromagnéticas de forma más intensa que cualquier material convencional (acoplamiento ultra-fuerte), lo que permitirá a largo plazo desarrollar ordenadores cuánticos mucho más veloces (más...)
Especial mención merece Juan Ignacio Cirac, referente mundial en computación cuántica , y director de la División de Óptica Cuántica del Instituto Máx-Plank. Destaca su descripción teórica de un modelo de ordenador cuántico construido sobre trampas de iones. (más...)

El Grupo de Investigación en Información y Computación Cuántica de la UPM, en colaboración con Telefónica I+D, instalo el primero enlace punto a punto de distribución cuántica de claves (QKD), una técnica que permitirá la distribución segura de información en redes comerciales (más...). Podéis incluso acceder a un MOOC sobre la Criptografía Cuántica en el Aula Virtual de la UPM.

En cuanto a los biochips, ya en 2013 se registró la primera patente mundial de un biochip, diseñado y fabricado íntegramente en España para diagnosticar la hipercolesterolemia familiar monogenética (más...). Más recientemente, el Instituto de Genética Médica y Molecular de La Paz ha diseñado un biochip con que permite diagnosticar más de 350 enfermedades genéticas y malformaciones congénitas (más...)


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