Nobel de Física 2009 para “los maestros de la luz”

El científico chino-británico Charles K. Kao, pionero en el uso de la fibra óptica en telecomunicaciones, y los investigadores estadounidenses William S. Boyle y Georges E. Smith, los inventores del CCD de las cámaras, han recibido conjuntamente el Premio Nobel de Física 2009, según ha anunciado hoy la Real Academia Sueca de las Ciencias.

“El Premio Nobel de Física de este año reconoce dos logros científicos que han ayudado a establecer los fundamentos de la sociedad en red actual, así como a crear muchas innovaciones prácticas para la vida diaria y nuevas herramientas para la exploración científica”. Así lo señala hoy la Real Academia Sueca de las Ciencias en el comunicado donde anuncia los tres galardonados con el Premio Nobel de Física 2009, a los que califica como “los maestros de la luz”.

Al ingeniero chino-británico Charles K. Kao (Shangai-China, 1933) se le concede el Nobel “por sus logros novedosos relativos a la transmisión de la luz en fibras para la comunicación óptica”. Kao se doctoró en 1965 en Ingeniería Eléctrica en el Imperial College de Londres (Reino Unido). Al año siguiente comenzó sus trabajos pioneros para aplicar la fibra óptica de vidrio en las telecomunicaciones, lo que permitió que la señal se transmitiera más rápido y a mayores distancias, algo esencial en las grandes redes de comunicación actual, como Internet.

Kao está afiliado a los Laboratorios de Telecomunicaciones Standard (Reino Unido) y a la Universidad China de Hong Kong, aunque en 1996 se retiró, como los otros dos galardonados con el Nobel de Física de este año. Se trata de los veteranos físicos estadounidenses William S. Boyle (Amherst-Canada, 1924; también nacionalizado canadiense) y Georges E. Smith (White Plains-EE UU, 1930), que se jubilaron respectivamente en 1979 y 1986.

Boyle y Smith desarrollaron en los Laboratorios Bell de Estados Unidos el circuito semiconductor CCD (Charged Coupled Device), el sensor que incorporan muchas de las cámaras fotográficas y de vídeo digitales. Los CCD se basan en el efecto fotoeléctrico, mediante el que la luz se transforma en señales eléctricas, y según teorizó Albert Einstein (que también fue galardonado en 1921 con el Premio Nobel por ello). Algunos de los instrumentos científicos más avanzados, como el telescopio espacial Hubble, llevan este tipo de dispositivos.

El premio de Física está dotado con 10 millones de coronas suecas (unos 980.000 euros), de las que Kao recibirá la mitad, y Boyle y Smith el resto a partes iguales. La entrega del galardón se realizará, como cada año, el 10 de diciembre en Estocolmo (Suecia), coincidiendo con el aniversario de la muerte de Alfred Nobel.

Este año, según la consultora Thomson Reuters la candidatura conjunta del científico español Ignacio Cirac, director de la División Teórica del Instituto Max Planck para la Óptica Cuántica en Garching (Alemania), y del físico austriaco Peter Zoller era una de las favoritas para obtener el Nobel de Física, pero los investigadores tendrán que esperar a otra ocasión.

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Fecha Original: 6 de octubre de 2009
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Creado el primer procesador cuántico

Abre la puerta a la esperada aplicación de la, , a la informática

Un equipo de científicos de la Universidad de Yale ha dado un gran salto tecnológico al crear el primer procesador cuántico. Es la primera implementación funcional de un dispositivo de este tipo. Sólo es capaz de hacer algunos cálculos sencillos, pero es un paso imprescindible para lograr la aplicación de la física cuántica a la informática. Por Rubén Caro.

Hace mucho tiempo, desde principios de los ochenta, que se estudia teóricamente la aplicación de la física cuántica a la informática. Las propiedades de la materia a nivel atómico y subatómico permiten la creación de procesadores que funcionan de una manera distinta a los actuales. Utilizan los diferentes estados cuánticos de una partícula para efectuar operaciones lógicas.

Los procesadores actuales utilizan como unidad lógica el bit (binary digit). Los diferentes estados cuánticos se representan utilizando una unidad mínima de información ligeramente diferente, llamada qubit (quantum binary digit). Los bits actuales sólo pueden tener dos estados posibles, 0 o 1. El número de posibles combinaciones de 8 bits es de 256(2 elevado a 8) combinaciones distintas. Pero una sola de ellas cada vez. Por contra, los qubits entre otras cosas permiten la simultaneidad de varios estados diferentes. Con 16 qubits se pueden obtener 256 combinaciones distintas a la vez.

Paralelismo cuántico

Para tener un ejemplo más gráfico. Tenemos un coche que consta de 256 piezas distintas. Pongamos a 8 robots (los bits) que son capaces de poner todas las piezas, pero sólo una a una. Si en poner 1 pieza tardan 1 segundo, entonces son capaces de montar el coche en 256 segundos, unos 4 minutos. Ahora pongamos a otros 8 robots (los qubits) que también son capaces de poner las 256 piezas distintas, y tardan 1 segundo en poner cada pieza, igual que los robots anteriores. La diferencia es que estos son capaces de ponerlas en paralelo, todas a la vez. Si las ponen todas a la vez, tardarán un segundo en ponerlas todas. Los 8 qubits emplearían un sólo segundo frente a 4 minutos que emplearían los 8 bits para hacer la misma tarea. 256 veces más rápido.

Además la capacidad de procesamiento crece exponencialmente. Siguiendo con el ejemplo: si hablásemos de 65536 piezas diferentes, 16 qubits tardarían 1 segundo y 16 bits tardarían 18 horas. 65536 veces más rápido.

Sólo es un ejemplo, pero en esencia esa es la diferencia teórica de rendimiento entre un procesador actual y un procesador cuántico. Es la capacidad de hacer los cálculos en paralelo, y no el número de combinaciones distintas que pueden representar, lo que le confiere tal potencia al procesamiento cuántico. Es el llamado paralelismo cuántico.

En Yale han conseguido superar las dificultades

La idea básica es esa, pero la realidad es un poco más compleja porque hay que lidiar con otros problemas, como la decoherencia cuántica y la corrección de errores. Se trata en general del problema de la ausencia de aislamiento de las partículas a nivel cuántico. Un qubit no puede estar aislado, así que debe hacer su función antes de verse alterado por factores externos. Y eso no es tarea fácil.

Un grupo de científicos de la Universidad de Yale ha conseguido resolver en la práctica todos esos problemas, y ha creado un procesador cuántico de dos qubits. Los resultados de su investigación se han publicado en la revista Nature.

Es la primera vez que se consigue procesar información cuánticamente con un dispositivo superconductor de estado sólido, similar al usado en procesadores y teléfonos móviles actuales. Ya se había experimentado por separado en laboratorio con cada uno de los procesos básicos, pero es la primera vez que se consigue hacer funcionar todo el conjunto en un mismo dispositivo.

En este caso, tan sólo se trata de un procesador de dos qubits. En total son sólo 4 combinaciones diferentes, pero en paralelo. Robert Schoelkopf, uno de los responsables de este logro, lo compara con "tener 4 números de teléfono distintos y no saber cuál es el correcto" y sigue "pero en lugar de tener que probar uno a uno, puedes probar los cuatro números a la vez en una sola llamada, y además sólo comunica con el número correcto".

El potencial de procesamiento de estos procesadores es enorme. Los sistemas de criptografía más complejos actualmente se verían comprometidos, y con ellos toda la información que permanece secreta, para bien o para mal. El mismo Robert Schoelkopf insiste en que "aún estamos lejos de conseguir un verdadero computador cuántico". Aún así, los interesados llevan tiempo preparándose, y están financiando el desarrollo de la criptografía cuántica, que también está haciendo avances importantes.