Actualizado a: 19 de enero de 2024
Ya hemos comentado en otras ocasiones sobre otros paradigmas importantes que podrían dar saltos grandes en el rendimiento de los actuales ordenadores, como la computación cuántica, la computación óptica, nanocomputación, etc. Pero ahora toca tratar otro tema importante, como es la superluminal computing, consiguiendo ordenadores más rápidos que la velocidad de la luz…
¿Qué es una máquina de Turing?
Una máquina de Turing es un modelo teórico fundamental en el campo de la informática y la teoría de la computación, propuesto por el matemático británico Alan Turing en la década de 1930. Este modelo teórico se utiliza para comprender y analizar los fundamentos de los ordenadores en la actualidad y sus capacidades.
La máquina de Turing es capaz de realizar una serie de operaciones básicas, como leer, escribir, moverse y cambiar de estado, de acuerdo con las reglas definidas en la tabla de transición. A pesar de su simplicidad, se ha demostrado que una máquina de Turing es capaz de simular cualquier proceso algorítmico, lo que la convierte en un modelo de computación universal. Esto significa que cualquier algoritmo que pueda expresarse en términos de pasos finitos puede ser ejecutado por una máquina de Turing.
Pero…¿se podría hacer una máquina que superase esta teoría de máquina de Turing? Pues la verdad es que eso se conoce como hypercomputación, y te lo explico en el siguiente apartado…
¿Qué es la hipercomputación?
El concepto de hipercomputación se refiere a la capacidad de una máquina o sistema para realizar cálculos que son intrínsecamente imposibles de llevar a cabo mediante una máquina de Turing convencional. La teoría de la hipercomputación cuestiona la idea de una computabilidad absoluta y reconoce que las limitaciones impuestas por la máquina de Turing pueden superarse en ciertas circunstancias.
Se han propuesto modelos teóricos de hipercomputación y, aunque existe interés en la implementación de hipercomputadoras en el contexto de la computación cuántica, aún es un tema controvertido y en fase de investigación. Se han desarrollado algoritmos cuánticos hipercomputacionales, como el algoritmo de Tien D. Kieu, que resuelven problemas que una máquina de Turing no puede abordar. Sin embargo, la implementación práctica de estos modelos de hipercomputación plantea desafíos significativos por el momento. La distinción entre «computable» y «computable por una máquina de Turing» en la hipercomputación tiene implicaciones teóricas y prácticas importantes que solventar, pero la viabilidad de implementar eficazmente modelos hipercomputacionales sigue siendo una incógnita.
¿Qué es el efecto superluminal?
La comunicación superluminal se refiere a la transmisión de información a una velocidad que excede la velocidad de la luz en el vacío, que es de aproximadamente 299.792.458 metros por segundo. Según la teoría de la relatividad de Albert Einstein, la velocidad de la luz en el vacío es la velocidad máxima a la que cualquier tipo de información o materia puede viajar en el universo. Esto significa que ninguna partícula, información o señal puede superar o igualar la velocidad de la luz en el espacio. Pero esto puede que no sea así, y que haya cosas que puedan superar esta barrera.
En teoría, permitiría la transmisión de datos o señales a velocidades más rápidas que la luz, lo que desafiaría los principios fundamentales de la física tal como se entienden actualmente. Sin embargo, según la física moderna, la comunicación superluminal no es posible, por el momento. Las ecuaciones de la relatividad especial de Einstein sugieren que cualquier partícula con masa que viaje a velocidades cercanas a la velocidad de la luz experimentaría un aumento infinito en su masa y requeriría una cantidad infinita de energía para alcanzar o superar la velocidad de la luz, lo que es imposible de lograr en la práctica, al menos con la teoría de física clásica.
Aunque se ha comentado sobre posibles formas de llegar a esto, por lo general, estas afirmaciones han sido controvertidas y no han resistido un escrutinio científico riguroso. La comunidad científica no ha encontrado evidencia sólida. Pero eso no quiere decir que no se pueda, puesto que tampoco se ha demostrado lo contrario… También eran impensables otras cosas hace unos años y ahora no lo son.
Superluminal computing y computación cuántica
Actualmente, importantes grupos de científicos han estado ideando la forma de poder crear un ordenador que trabaje con la información más rápido que la luz, para poder alcanzar ese equipo hipercomputacional. Y la tecnología emergente podría ayudar a esto.
La velocidad de la luz representa uno de los límites fundamentales de las leyes de la física, como he mencionado anteriormente. Físicos de la Universidad de Tecnología de Viena, en Austria, han puesto en entredicho esta idea. Volkmar Putz y Karl Svozil afirman que existen varias formas en que las señales pueden cruzar la línea superluminal, aunque ninguna de ellas permite los tipos de paradojas de viaje en el tiempo que están tan trillados por los escritores de ciencia ficción.
Si una partícula acelerara a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, experimentaría efectos relativistas, como la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud. Estos efectos hacen que el tiempo pase de manera diferente para la partícula en movimiento en comparación con un observador en reposo. Sin embargo, incluso a velocidades muy cercanas a la de la luz, no se permite el viaje en el tiempo hacia el pasado en el marco de la relatividad especial. Viajar en el tiempo hacia el pasado requeriría superar la velocidad de la luz, lo cual no está permitido según la teoría de la relatividad. Además, los conceptos de paradojas del tiempo, como el «problema del abuelo» (donde alguien viaja al pasado y evita que su abuelo se conozca con su abuela, lo que podría alterar su propia existencia), han llevado a la idea de que el viaje en el tiempo hacia el pasado podría generar inconsistencias lógicas.
Por ejemplo, el fenómeno cuántico del entrelazación ocurre cuando dos partículas cuánticas están descritas por la misma función de onda. Estas partículas pueden estar separadas por el diámetro del universo y, sin embargo, una alteración en una de ellas influirá instantáneamente en la otra.
Los llamados fenómenos «no locales» no pueden utilizarse para transmitir información a una velocidad superior a la de la luz, pero Putz y Svozil se preguntan hoy si se pueden utilizar para procesarla, para llevar a cabo tareas computacionales a velocidades superluminales. Aseguran que no hay razón para que no sea posible, siempre y cuando el procesamiento no conduzca a paradojas de viaje en el tiempo.
Los dos físicos europeosl señalan que los fenómenos no locales pueden llevar a la creación y control de este tipo de fenómenos en su beneficio. Por ejemplo, un fotón de luz que viaja a través de un vacío puede formar espontáneamente un par electrón-positrón, es decir, un par entrelazado, que luego se recombinará para formar un fotón nuevamente. Este proceso ocurre instantáneamente, lo que permite al fotón «saltar» efectivamente a través del espacio.
Según ellos, un material en el cual se promueva este tipo de formación y recombinación de pares tendría un índice de refracción inferior a uno. Varios físicos han propuesto materiales de este tipo hechos de cosas como metamateriales, pero sin demasiado éxito en la práctica. SIn embargo, Putz y Svozil sugieren que un vacío lleno de electrones o positrones podría ser la solución.
Una vez creada un medio en el cual el índice de refracción sea <1, la idea es simplemente sumergir un ordenador en él. Aunque el diseño de este ordenador debería ser especial, y usar también la computación óptica.
Prestaciones del sistema teorizado
Suponiendo que este dispositivo pudiera construirse, se supone que este ordenador alcanzaría prestaciones de procesamiento que se podrían catalogar como hipercomputación, superando a las máquinas de Turing. Lo que permitiría ejecutar funciones que no serían computables con las máquinas actuales. Aunque todavía suena todo a ciencia ficción…
Diferencias con la optical computing
La computación óptica es un enfoque que utiliza la luz y los fenómenos ópticos en lugar de corrientes eléctricas para realizar operaciones de cómputo. Es decir, podría ayudar en las transmisiones de información, como ocurre en las redes de fibra óptica actuales, que permiten la comunicación a velocidad de la luz gracias a que son fibras de cristal que permiten que viaje la luz a través de estos cables, en lugar de la corriente a través del cobre, y que es mucho más lento. Además, este tipo de comunicación tienen algunas otras ventajas, y actualmente tenemos la tecnología suficiente para implementarlo también en comunicaciones de menor distancia, como entre la CPU y la memoria RAM, lo que permitiría eliminar un gran cuello de botella histórico.
En el caso de la computación superluminical, no se trata de ir a la velocidad de la luz, sino a superar ésto. Y, como he comentado anteriormente, por ahora no tenemos la tecnología suficiente para conseguirlo.
Ahora vamos a ver algunas ventajas de un tipo de paradigma y otro:
- Velocidad: la luz viaja a una velocidad mucho mayor que la electricidad, como ya hemos comentado. Esto permite realizar cálculos a una velocidad potencialmente más alta, lo que sería beneficioso para aplicaciones de alto rendimiento. Esto sería en cuanto a la computación óptica, pero la superluminical iría un poco más allá, superando dicha velocidad, aunque aún sea solo algo utópico.
- Paralelismo: la luz es inherentemente paralela, lo que significa que múltiples operaciones pueden llevarse a cabo simultáneamente en un sistema óptico, lo que puede acelerar ciertas tareas de procesamiento. En el caso de la superluminal también se podría usar este paralelismo para alcanzar esas capacidades hipercomputacionales de las que he comentado.
- Eficiencia energética: en teoría, la computación óptica podría ser más eficiente en términos de consumo de energía que los sistemas electrónicos, ya que la luz no genera resistencia eléctrica. En el caso de la superluminical, pasaría algo parecido, por lo que también permitiría altas capacidades con gastos de energía ínfimos.
- Reducción de interferencia electromagnética: al utilizar luz en lugar de electricidad, la computación óptica podría reducir la interferencia electromagnética y los problemas asociados con ella. En el caso de la superluminical es algo más complicado, ya que necesita de unas condiciones óptimas, como ese vacío, y nada podría alterarlo, o dejaría de funcionar (esto en caso de que la teoría pudiese implementarse realmente en la práctica).
Por supuesto, también tienen algunas desventajas:
- Tecnología: la tecnología de la computación óptica se encuentra en desarrollo, pero con lo actual se pueden diseñar sistemas ópticos, de hecho, ya se usan en las redes de fibra óptica, o en ciertos chips ópticos. Sin embargo, en el caso de la superluminical es solo una teoría, y ni siquiera se sabe a ciencia cierta si es posible.
- Compatibilidad: la transición de la electrónica a la óptica es totalmente compatible con los actuales sistemas binarios, convirtiendo nuevamente las señales de luz en electricidad, para poder seguir interpretándola como unos y ceros. En el caso de la superluminal, esto podría suponer mayores desafíos para ajustar este paradigma a la actual lógica binaria, algo parecido a lo que ocurre en la actualidad con la computación cuántica y los qubits.
- Costes: la inversión inicial en la tecnología de la computación óptica puede ser alta, lo que podría limitar su adopción en el corto plazo, y que en un inicio se emplee solo en aplicaciones de HPC o IA, donde los costes no son tan importantes. En el caso de la superluminal, dado que solo es una posible teoría, necesitaría una inversión brutal de dinero para tratar de experimentar, desarrollar los sistemas necesarios si realmente es posible, y crear todo lo necesario.
- Sensibilidad a interferencias: la tecnología óptica puede ser sensible a factores ambientales, como la temperatura y la vibración, lo que puede requerir una mayor atención en el diseño y la operación de los sistemas ópticos. Esto se multiplica en el caso de la superluminal, donde no solo se ven afectados por esos mismos factores, también tienen que estar en un sistema de vacío total, que es caro y difícil de conseguir.
- Problemas de integración de señales: integrar señales ópticas con las señales electrónicas en un sistema mixto puede plantear desafíos técnicos, al tener que implementar receptores y transmisores ópticos que sean capaces de convertir la señal en eléctrica para su procesamiento, puesto que seguirían dependiendo de la electrónica para funcionar. En el caso de la superluminical, los desafíos se incrementan doblemente.
