Memorias Cuánticas: ¿Una Posible Solución para el Big Data?

En un anterior post, se mencionó la importancia de la computación cuántica para las futuras tecnologías en comunicaciones y la seguridad que pueden aportar hasta un cierto límite (refiriéndome al concepto del hacker cuántico). Debido a los buenos comentarios recibidos por varios lectores, este post hablará del posible impacto de las memorias cuánticas (quantum memories) para el manejo de la información. Muchos pensarán como esta alternativa ayudará a enfrentarse al temido Big Data que según el Instituto Global McKinsey, dedicado a la investigación en economía, pronostica que para el 2018, Estados Unidos tenga un déficit de hasta 180.000 personas expertas en Big Data en empresas e institutos de investigación (para mayor información, ver el siguiente enlace). La respuesta es sencilla pero a la vez innovadora: memorias cuánticas de estado sólido. Para entender esta gran revolución, se debe conocer el concepto de memorias cuánticas. Por definición, son sistemas cuánticos que tienen la capacidad de absorber un fotón (si no saben que es un fotón, ir al siguiente enlace) y almacenarlos en estados cuánticos antes de ser re-emitidos otra vez. Este sistema descrito es nada más y nada menos que un simple átomo. Al considerar miles de átomos y unirlos en un sistema generalizado, es posible crear una memoria cuántica donde cada fotón es asociado a un qbit de información. Existen muchas discrepancias entre la comunidad científica debido a la existencia real o virtual de la información cuántica, pero muchos llegan a un común acuerdo y es que cada estado cuántico (recomiendo este enlace que habla del spin cuántico para Dummies) puede ser inicializado con nuevos qbits, procesarlos y medirlos como si fuera el tamaño de los datos que estamos acostumbrados.

 

En la comunidad científica, las memorias cuánticas son estudiadas a través de la luz como medio de transporte de la información (cuántica) de una memoria a otra. Muchas de las ideas planteadas hasta la fecha buscan construir diferentes protocolos para desarrollar memorias cuánticas a gran escala. Por ejemplo, E Saglamyurek, N Sinclair, J A Slater, K Heshami, D Oblak y W Tittel propusieron un procesador integrado por estados fotónicos – cuánticos usando la interacción materia – luz con el fin de desarrollar una guía de onda amplia para una memoria cuántica. Este tipo de memoria cuántica puede ser usado para manipular individualmente cada estado cuántico a través de una fuente débil de luz coherente (una fuente laser continua o pulsada) y la posibilidad de “escribir” o “modificar” un qbit. Otro trabajo relevante fue hecho por Ivan Iakoupov y Anders S Sørensen, donde proponen un prometedor método de memoria cuántica por luz, para átomos de dos niveles, usando un protocolo CRIB (Controlled Reversible Inhomogeneous Broadening). La idea de este trabajo, es lograr absorber en un periodo más corto un pulso de luz y lograr almacenar los fotones con una eficiencia del 100%, sin necesidad de un tipo de campos de control óptico, para sincronizar la absorción. Otro protocolo que ha tenido gran relevancia fue el propuesto por Valentina Caprara Vivoli, Nicolas Sangouard, Mikael Afzelius y Nicolas Gisin,  usando cristales dopados con iones de tierras raras, para almacenar simples fotones por medio de un protocolo de memoria cuántica de banda ancha. La idea es simple: aprovechar el beneficio de la re-emisión de un fotón generado por una fuente de luz coherente (o laser), para que el cristal absorba naturalmente el fotón. De esta manera, se puede incrementar la capacidad del cristal para almacenar una gran cantidad de información cuántica y sin perder su eficiencia para “sobre-escribir” o “actualizar” un qbit.

 

Muchos de estos trabajos se han enfocado en optimizar protocolos para la construcción de memorias cuánticas, pero recientemente se ha revelado un innovador trabajo hecho por Félix Bussières, Christoph Clausen, Alexey Tiranov, Boris Korzh, Varun B. Verma, Sae Woo Nam, Francesco Marsili, Alban Ferrier, Philippe Goldner, Harald Herrmann, Christine Silberhorn, Wolfgang Sohler, Mikael Afzelius y Nicolas Gisin, donde aprovechan la teletransportación cuántica como base para las memorias cuánticas de estado sólido. Según los científicos de esta investigación, demostraron como el almacenamiento cuántico con cristales dopados con iones de tierras raras para que un simple fotón pueda ser usado para crear tales memorias y transporta el qbit hasta 25 km con una fibra óptica monomodo (SMF o Single‒Mode Fiber), desde una fuente de emisión a una fuente de recepción cuántica, sin que alguna de sus características físicas del fotón se vean alteradas por perturbaciones del medio de propagación. Lo anterior sería una nueva alternativa para crear la nube cuántica (quantum cloud) y almacenar la información como datos cuánticos.

 

https://www.youtube.com/watch?v=FklTeC3E_EY

Basado en los trabajos que se han hecho hasta el momento en el desarrollo de memorias cuánticas, es posible, que en un futuro cercano todos los servidores y disco duros recolecten qbits de información y se amplíe la capacidad de almacenamiento en orden de ZettaBytes. Es probable que los medios de almacenamiento domésticos lleguen a trabajar como qbits y permita controlar el nivel caótico del Big Data que está desafiando a miles de científicos para buscar nuevas estrategias que manejen de forma sencilla grandes volúmenes de datos empresariales o de investigación. Sin embargo, hay varias cosas que aún no están claras en el universo de las memorias cuánticas: Si en un futuro cercano llegará a ser populares para cualquier individuo, ¿Cómo familiarizar el concepto de qbit y qbyte para que conozca cuanto ocupa un archivo de datos?; Se reduciría o se aumentaría los costos para adquirir una memoria cuántica en el mercado?; Será un negocio tipo CEO muy tentador para crear empresas especializadas en memorias cuánticas?; Como hay virus informáticos que se pueden almacenar en memorias USB, será posible que las memorias cuánticas puedan ser una nueva fuente para crear “virus cuánticos” y robar la preciada información que se esconde ahí?; Podría las memorias cuánticas beneficiar el control del Big Data, o por el contrario, se incrementará la complejidad para manejarla?. Juzguen cual podría ser el camino que conduzca las memorias cuánticas.

Y por último, no olviden comentar con respecto a este interesante tema.

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Bueno, son varias cosas que puedo decir de mi. Soy egresado de Ingeniería Electrónica de USTA-Tunja, Especialista en Instrumentación Electrónica, candidato a doctorado en Ingeniería Electrónica de la Universidad de Antioquia y tengo un MSc en Ingeniería de la misma. A parte de la experiencia investigativa, soy fiel amante del futbol, website de cocina, videojuegos tipo shooter y en tercera persona, y la ciencia en la ingeniería. Además, me considero un fiel amante de las sagas de Splinter Cell.

Website: http://udea.academia.edu/JavierBotia