computadora óptica

Un bibliotecario en un depósito de libros raros toma un volumen del estante y lo devuelve a su lugar sin despertar al gato que dormita cerca. Así funciona la nueva memoria cuántica: atrapa un fotón, lo esconde en la vibración mecánica de un puente diminuto de silicio y lo devuelve a la primera orden.

Un radiotelescopio con miles de antenas se parece a un oído gigante que escucha todo el cielo a la vez. Pero el oído no sabe dibujar una imagen: las señales de cada par de antenas deben multiplicarse, y en una red de diez mil elementos ya hay cincuenta millones de pares. Un correlador clásico hace exactamente eso, y su complejidad crece como el cuadrado del número de antenas.

Un haz de luz entra en una cubeta de vidrio con vapor de cesio y modifica el estado interno de los átomos: así se escribe la información. Un instante después, otro haz la lee según cómo los átomos absorben la luz. No es un disco duro, sino más bien un bloc de notas que pasa las páginas solo.

Para entender el cerebro, es necesario saber cómo están conectadas las neuronas. Normalmente, se activan una a una con luz, lo que es como revisar cada grifo en un enorme jardín para encontrar todas las tuberías. Millones de intentos requieren tiempo y pueden dañar el tejido vivo.

Los tomógrafos no toman fotografías instantáneas. Recogen multitud de «sombras» —proyecciones del interior desde distintos ángulos o con diferentes señales— y a partir de ellas reconstruyen matemáticamente una imagen tridimensional.

Las redes neuronales generativas que crean imágenes suelen depender de la aleatoriedad digital. Pero un grupo de investigadores construyó un sistema donde la aleatoriedad no nace en el código, sino en una diminuta cavidad óptica con un colorante orgánico.

Un transistor de efecto de campo común se parece a un grifo con una manija muy sensible: giras un poco y el agua fluye. En las frías profundidades de una computadora cuántica, donde todo se enfría casi hasta el cero absoluto, ese grifo debe abrirse estrictamente bajo comando.

Una computadora normal hace circular electricidad por pistas de cobre, y cada acción es una cola: primero una cosa, luego otra. La luz sabe hacerlo de otra manera. En un solo haz se pueden mezclar decenas de señales sin que se estorben, como voces distintas en un coro que suenan a la vez pero cada una se oye por separado. El nuevo chip FieldCore utiliza cinco de esas "voces" a la vez.

Una memoria USB común guarda bits en trampas de electrones, pero solo se pueden leer mediante un cable y un amplificador separados. En el nuevo desarrollo, el mismo trozo de semimetal teluro hace las veces de almacén y de bombilla.

Una cámara normal capta la luz reflejada por los objetos y con ella forma una imagen. Pero si el objeto está oculto tras un obstáculo o no refleja la luz, las ondas de radio vienen al rescate: atraviesan paredes y niebla, y una computadora reconstruye la imagen a partir de las señales dispersas.

Una lente normal siempre refracta la luz de la misma manera. Sus propiedades quedan congeladas en el vidrio para siempre. Pero ahora ha aparecido una superficie que cambia las reglas del juego mientras trabaja. Los científicos han creado una película finísima con elementos resonantes y la han impregnado con cristales líquidos, la misma sustancia que se usa en las pantallas de los teléfonos.

Un ordenador cuántico mantiene los átomos en trampas de luz, como canicas en agujeros. Para leer la respuesta, hay que fotografiar cada átomo y determinar si brilla o no. Antes, el análisis de una imagen de este tipo llevaba tanto tiempo que el ordenador quedaba inactivo. Ahora, los ingenieros han creado una placa especial que examina la fotografía y encuentra todos los átomos al instante.

Los sistemas físicos saben calcular. Si se construye un paisaje de colinas y valles de modo que el punto más bajo corresponda a la respuesta, el sistema rueda hasta allí solo, como una canica. El problema es que en el fondo suele haber una zona plana y la canica tarda mucho en quedarse quieta. Los autores del trabajo proponen empujar la canica hacia el lugar correcto antes de empezar.

Para entender un mecanismo, hay que moverlo. Un niño que desmonta un despertador no se limita a mirar los engranajes: hace girar la ruedecita y escucha cómo cambia el tictac. Igual hacen los científicos: en lugar de observar pasivamente, envían al sistema señales de entrada especialmente elegidas y observan la respuesta.

Un cocinero prueba la sopa después de cada pizca de sal y decide al instante qué añadir a continuación. Algo así hace la nueva instalación para cultivar películas cristalinas delgadas. Solo que en lugar del sabor, lo que se observa es la imagen de un microscopio electrónico, y en lugar del cocinero, actúa un programa informático.

La luz que atraviesa las ondulaciones de la superficie del agua dibuja patrones danzantes en el fondo de una piscina. Los ingenieros han utilizado una idea similar para hacer que la luz calcule. Han fabricado una diminuta placa con un relieve ondulado: cada saliente y cada depresión desvían los rayos de manera distinta.

La luz, al pasar por una lente, se curva ligeramente. Para una computadora óptica, esto es como un espejo deformado para un artista: la imagen está, pero los detalles se desdibujan. La máquina de Ising basada en rayos de luz resuelve problemas como organizar equipaje o planificar la ruta de un mensajero.

La luz corre por un laberinto de espejos y divisores de haz, pero al final del camino no solo parpadea en un detector: se transforma a sí misma. En la nueva computadora fotónica, a los circuitos lineales habituales se les han añadido módulos no lineales, y ahora la luz puede realizar cualquier operación cuántica, no solo una parte de ellas.

La luz de una bombilla ordinaria es un flujo de fotones individuales, como gotas de un grifo. Pero existe luz donde los fotones viajan en parejas, como gemelos que caminan juntos. Esta luz agrupada se ha querido usar durante mucho tiempo para medir distancias y fotografiar objetos ocultos tras una esquina.

Dentro de cada célula ocurren constantemente reacciones químicas, como en una diminuta cocina donde las proteínas, cual chefs, preparan las sustancias necesarias. Pero ver exactamente cómo el chef cocina el plato se ve obstaculizado por la multitud de otras moléculas alrededor.

Las células respiran. Necesitan oxígeno y lo toman de la sangre que circula por los vasos más diminutos. Si el flujo sanguíneo es débil o falta oxígeno, las células empiezan a asfixiarse. Para los médicos es importante verlo cuanto antes. Pero, ¿cómo mirar dentro de un tejido vivo sin cortarlo? El nuevo dispositivo lo hace de dos maneras a la vez.

Un pulso de luz en una fibra óptica es como el disparo de una pistola de salida: corto, seco, imposible de confundir con el silencio. Ese tipo de pulsos es lo que emite la nueva neurona artificial construida sobre un chip de silicio. Está hecha de un cristal de fosfuro de galio, un material que puede vibrar y transmitir luz al mismo tiempo.

Un puntero láser proyecta un punto uniforme: todas sus ondas de luz avanzan al paso, como soldados en un desfile. Esa luz se llama coherente. Pero en la naturaleza y en la técnica existe otra luz, la 'despeinada', cuyas ondas no están coordinadas, como una multitud en un mercado. Se la denomina parcialmente coherente.

Una computadora ordinaria ve el mundo de forma plana: para ella, los números son solo puntos en una línea. Pero una imagen en color o una escena tridimensional requieren más: cuatro números que describan tanto la posición como la rotación. Estas cuádruplas se llaman cuaterniones, y hasta ahora la electrónica los manejaba torpemente, descomponiéndolos en partes y volviéndolos a ensamblar.

Un enorme refrigerador del tamaño de un armario zumba, manteniendo en su interior una temperatura más baja que la del espacio exterior. En su corazón yace un chip de silicio con diminutos lazos superconductores: los cúbits.

En una habitación oscura, un resonador atrapa la luz como una telaraña atrapa gotas de rocío. El pulso láser irrumpe en su interior y la membrana mecánica comienza a vibrar al compás, dejando una huella en el propio tejido del sistema. Así nace la memoria: no en una celda de silicio, sino en la danza de fotones y fonones.

Escalar un computador cuántico es como tejer una telaraña de luz: cada hilo tiembla con el aliento térmico, amenazando con romper el patrón apenas esbozado.

Un procesador cuántico superconductor es como una metrópolis microscópica encerrada en un refrigerador criogénico: calles de líneas superconductoras, barrios de cúbits.

Un procesador cuántico es como un músico solista: puede tocar una melodía sencilla, pero para una sinfonía se necesita una orquesta. Para abordar problemas que requieren enormes cálculos, los procesadores deben conectarse en red.