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La capacidad del ser humano de realizar operaciones aritméticas sencillas se remonta unos diez mil años en la historia. Como lógica consecuencia de la simplificación de operatividad y como respuesta, en parte, al incremento de la complejidad en los cálculos a realizar, para facilitar la realización de los distintos cálculos han surgido diversas herramientas, entre las cuales se puede destacar:
Todavía en la década de 1970 era utilizada por ingenieros y arquitectos como instrumento auxiliar.
Hasta ahora, todas las computadoras utilizan componentes electrónicos y se basan en la transmisión de electrones (energía eléctrica) a través de memorias que almacenan información en forma de bits (ceros y unos) y puertas lógicas que realizan ciertas operaciones con los bits, como la conjunción (Y) la disyunción (O) o la negación (NO).
Sin salir de la electrónica, se está considerando la sustitución de los transistores por unidades sensoras de voltaje, que podrían llegar a construirse con una sola molécula y almacenaría n bits actuando únicamente sobre dos electrones, con lo que se alcanzaría una miniaturización mucho mayor que la actual.
Ya se han construido modelos, pero todavía no son prácticos, pues por el momento deben funcionar a temperaturas muy próximas al cero absoluto.
Hace al menos dos décadas que se estudia la posibilidad de utilizar fotones (luz láser) en lugar de electrones para realizar todas estas operaciones.
Así, dispondríamos de computadoras ópticas, que emplearían menos energía y serían más rápidas, pues los desplazamientos se llevarían a cabo a la velocidad de la luz, la más alta que se puede alcanzar.
En 1990 ATT construyó un primer prototipo, pero no ha habido resultados prácticos notables.
También se están analizando las perspectivas que ofrece la Mecánica Cuántica.
Se sabe, por ejemplo, que cuando un átomo radioactivo emite un electrón (u otra partícula), éste puede encontrarse en dos estados diferentes (se dice que tiene espín positivo o negativo).
La Mecánica Cuántica afirma que el electrón está real y simultáneamente en los dos estados hasta que alguien mide su espín, en cuyo momento el estado "colapsa" a uno de los dos valores posibles.
Por tanto, el espín del electrón podría contener un bit de información, pero hasta que no se realiza la medida no se ha decidido el valor que toma dicho bit, que recibe el nombre de cubit (de "bit cuántico").
Los espines de dos electrones pueden estar en cuatro estados diferentes (almacenarán dos cubits) y los de diez electrones se combinarían de 1024 formas posibles (equivalen a diez cubits).
Existen ciertos problemas, considerados los más difíciles de la Informática, como el del viajante de comercio, que trata de descubrir el camino óptimo de un viajante que debe visitar varias ciudades sin pasar dos veces por la misma.
En principio, la solución es sencilla, basta probar todos los caminos, sumar las distancias y quedarnos con la suma más corta, pero el número de caminos posibles crece exponencialmente en función del número de ciudades y rebasa muy pronto las posibilidades de cálculo de las computadoras más potentes.
Si se lograse construír una computadora que almacenase la información en forma de bits cuánticos, sería posible realizar operaciones lógicas que actúen simultáneamente sobre todas las configuraciones posibles, y provocar un colapso de los estados que nos deje únicamente la solución del problema que se desea resolver.
En tal caso, resolveríamos el problema del viajante de comercio realizando todas las sumas simultáneamente en el tiempo que se tarda en calcular una sola.
Se han hecho ya experimentos sencillos de este tipo, con unos pocos cubits y algoritmos relativamente simples, y parece funcionar, aunque aún estamos muy lejos de construir computadoras cuánticas prácticas que sustituyan a las electrónicas que hoy utilizamos.
Esta cuestión queda pendiente para el siglo XXI, y su solución no es inminente.
Por último, se está experimentando con el uso de ADN y otras moléculas orgánicas para almacenar información y realizar operaciones lógicas sobre ella.
Se sabe que el ADN codifica la información genética de los seres vivos en forma de secuencias de bases nitrogenadas.
En 1998, un equipo de investigadores colocó sobre una superficie de oro moléculas de ADN de 16 bases de longitud, y consiguió realizar sobre ellas algunas operaciones que parecen abrir el camino hacia el futuro diseño de una computadora biomolecular.
El cálculo con ADN permitiría resolver rápidamente problemas difíciles, semejantes al del viajante de comercio, pues cada solución posible vendría representada por una molécula diferente y las operaciones se realizarían simultáneamente sobre todas ellas.