Desde que Turing planteara su idea de máquina universal, la computación moderna ha aspirado a alcanzar algún día la sofisticación suficiente que le permita simular cualquier sistema presente en la naturaleza. De ahí venía el anhelo de la cibernética de reproducir el comportamiento de los seres vivos, y el de la inteligencia artificial de emular los procesos del pensamiento. Sin embargo, no fue hasta décadas después cuando empezó a plantearse la cuestión de que un ordenador pudiera simular universos enteros, al menos en el ámbito científico porque, como es habitual, la ciencia ficción se había adelantado.
«La última pregunta», de Isaac Asimov, es uno de los relatos más representativos del autor —y su favorito, según él mismo manifestó en varias ocasiones—, y uno de tantos en los que aparece la mítica computadora Multivac…. también sus sucesoras, en este caso. En cualquier caso, la presencia de la computadora no es realmente lo más significativo, sino que «La última pregunta» es un canto a la segunda ley de la termodinámica, a la entropía y a la muerte —y resurrección— térmica del universo.
Se suele pensar en la entropía como «desorden» —una aseveración que requiere de muchos matices en los que no vamos a entrar—, pero de lo que se habla menos es de que también se puede considerar una medida de la cantidad de información necesaria para describir un sistema, en otras palabras: a mayor entropía, mayor número de bits necesitaremos para describir lo que está pasando —este concepto será importante más adelante—.1 Y si información es, precisamente, con lo que trabajan los ordenadores, ¿podríamos utilizar uno para simular procesos físicos? En principio, nunca ha habido problema, se lleva haciendo desde los tiempos de la computación analógica —el mecanismo de Anticitera, sin ir más lejos, simulaba los movimientos de los astros para hacer predicciones astronómicas—. Entonces, ¿con el suficiente poder de computación, podríamos simular el universo entero? Si este obedeciera únicamente las leyes de la física clásica, probablemente; pero, como ya adelantó Richard Feynman a principios de los años ochenta: «el mundo físico es cuántico y, por lo tanto, el verdadero problema es la simulación de la física cuántica». Lidiar con indeterminaciones, superposiciones y entrelazamientos dispara exponencialmente la necesidad de recursos computacionales en un ordenador clásico. Necesitamos otro tipo de máquina, una que se rija directamente por las leyes de la mecánica cuántica.
Cuando Feynman escribió su artículo, los computadores cuánticos eran una idea teórica, pero a día de hoy ya existen. La computación cuántica se ha convertido, en los últimos años, en uno de los campos estrella de la física, y, este tipo de ordenadores, en una especie de tecnología casi mística que, muchos piensan, nos permitirá realizar casi cualquier cosa. Lamentablemente estamos muy lejos de eso todavía, por no mencionar que estos dispositivos suponen una ventaja para realizar cierto tipo de tareas, pero no todo tipo de tareas, así que no parece que vayan a sustituir a los ordenadores clásicos, al menos en un largo periodo de tiempo.
Llegados a este punto del artículo, es cuando habría que explicar todo eso de los qubits,2 la superposición de estados y poner el típico ejemplo del laberinto; algo así como: «Si queremos resolver un laberinto, un ordenador clásico irá probando caminos uno a uno, mientras que uno cuántico procesará todos los caminos en paralelo, con lo que tardará mucho menos». También sería el momento de mencionar los algoritmos de Shor y Grover. Sin embargo, simplemente citaré a Seth Lloyd: «La computación clásica es como una voz solista […]. La computación cuántica es como una sinfonía». Esa es la principal diferencia entre una y otra; es algo que va más allá de la capacidad de cómputo o de realizar cálculos en paralelo. Estamos ante diferencias más cualitativas que cuantitativas. El universo, si utilizamos esta metáfora musical, sería algo así como el director de orquesta.
«Antes del comienzono había nada: ni espacio, ni tiempo, ni energía, ni bits», pero una fluctuación en el vacío cuántico hizo que emergiera el primer bit —o estado cuántico, o partícula—. Era capaz de realizar una sola operación. El universo comenzó a expandirse y empezaron a surgir más bits —o más partículas—, que empezaron a interferir y superponerse entre ellos, creando patrones y secuencias aleatorias, cada vez más numerosas y con capacidad para realizar, por tanto, más operaciones. En algún momento, esas superposiciones empezaron a dar lugar a «programas» o instrucciones que generaron las primeras estructuras y patrones sencillos. Recordemos que los estados de baja entropía, como el universo primordial, necesitan una menor cantidad de bits para que podamos describirlos, pero también que una cadena más corta de bits tiene una mayor probabilidad de acabar describiendo algo estructurado que algo aleatorio. Estas interacciones, a su vez, empezaron a dar lugar a regiones con diferentes densidades de energía, creando anisotropías en el espacio-tiempo. En aquellas regiones con mayor densidad, la materia se empezó a acumular… y seguramente la mayoría ya conozca como continúa la historia.
Créditos: CC BY 4.0/ESA and the Planck Collaboration
Como en tantas áreas de la física teórica, de momento no hay pruebas de la existencia de este universo computacional, pero muchas veces tampoco se busca eso, sino poner a disposición de la comunidad científica herramientas que puedan ayudar a acercarnos a la verdad que buscamos. Puede que, a medio plazo y cuando alcance un nivel de desarrollo suficiente, la computación cuántica se convierta en una de esas herramientas que nos permita incluso simular universos enteros… o, dentro de mucho, mucho tiempo, y como lo llamaría Asimov, en nuestro propio AC Cósmico:
La conciencia de AC abarcaba todo lo que alguna vez había sido un universo y cavilaba sobre lo que ahora era el caos. Debía ir paso a paso.
Y AC dijo: «¡Hágase la luz!«.
Y la luz se hizo.
Bibliografía
Asimov, I. (2005 [1956]). La última pregunta. En Cuentos completos I. Ediciones B.
Asimov, I. (1994). I. Asimov. A memoir. Bantam Books.
Asimov, I. (1979). In memory yet green. Doubleday.
Feynman, Richard P. (1982). Simulating physics with computers. International Journal of Theoretical Physics, 21(6/7).
Lloyd, S. (1996). Universal quantum simulators. Science, 273(5278), 1073-1078. doi: 10.1126/science.273.5278.1073
Lloyd, S. (2007 [2005]). Programming the universe. Vintage Books.
Lloyd, S. (2013). The universe as quantum computer. arXiv. https://arxiv.org/abs/1312.4455
Notas:
1Los estados de menor entropía son más «ordenados» y, por tanto, en términos de información, son más fáciles de describir, esto, es, se necesita de un menor número de bits para hacerlo. Los estados de mayor entropía son más «desordenados» y aleatorios, por tanto, necesitaremos muchos más bit para describirlos con precisión. En otros términos, la entropía es la información de un sistema que es invisible para nosotros: cuanto más alta sea la entropía, menos información podremos extraer de ese sistema lo que, en el caso termodinámico, equivaldría a trabajo.
2Un qubit, a diferencia de un bit clásico, no solo puede adoptar un valor, 0 o 1, sino todo un abanico de superposiciones de estos dos estados a la vez. Ahí reside el potencial de la computación cuántica.
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Sobre la autora: Gisela Baños es divulgadora de ciencia, tecnología y ciencia ficción.
