La computadora del mañana, ayer

Casi 50 físicos e informáticos se reunieron para la histórica conferencia de 1981 en Endicott House. (Desplácese hacia abajo para ver sus nombres). CHARLIE BENNETT / IBM

La computación cuántica, tal como la conocemos, comenzó hace 40 años esta primavera en la primera Conferencia de Física de la Computación, organizada en la Endicott House del MIT por MIT e IBM y a la que asistieron casi 50 investigadores de computación y física, dos grupos que rara vez se codeaban.

Veinte años antes, en 1961, un investigador de IBM llamado Rolf Landauer había encontrado un vínculo fundamental entre los dos campos: demostró que cada vez que una computadora borra un bit de información, se produce una pequeña cantidad de calor, correspondiente al aumento de entropía en el sistema. En 1972, Landauer contrató al científico informático teórico Charlie Bennett, quien demostró que el aumento de entropía puede evitarse mediante una computadora que realiza sus cálculos de manera reversible. Curiosamente, Ed Fredkin, el profesor del MIT que copatrocinó la Conferencia de Endicott con Landauer, había llegado a la misma conclusión de forma independiente, a pesar de no haber obtenido ni siquiera un título universitario. De hecho, la mayoría de los recuentos de la historia del origen de la computación cuántica pasan por alto el papel fundamental de Fredkin.

La carrera inusual de Fredkin comenzó cuando se inscribió en el Instituto de Tecnología de California en 1951. Aunque fue brillante en sus exámenes de ingreso, no estaba interesado en la tarea y tuvo que trabajar en dos trabajos para pagar la matrícula. Le fue mal en la escuela y se quedó sin dinero, se retiró en 1952 y se alistó en la Fuerza Aérea para evitar ser reclutado para la Guerra de Corea.

Unos años más tarde, la Fuerza Aérea envió a Fredkin al Laboratorio Lincoln del MIT para ayudar a probar el naciente sistema de defensa aérea SAGE. Aprendió a programar computadoras y pronto se convirtió en uno de los mejores programadores del mundo, un grupo que probablemente solo contaba con alrededor de 500 en ese momento.

Al dejar la Fuerza Aérea en 1958, Fredkin trabajó en Bolt, Beranek y Newman (BBN), a la que convenció para que comprara sus dos primeras computadoras y donde conoció a los profesores del MIT Marvin Minsky y John McCarthy, quienes juntos prácticamente habían establecido el campo de la inteligencia artificial. En 1962 los acompañó a Caltech, donde McCarthy estaba dando una charla. Allí Minsky y Fredkin se encontraron con Richard Feynman '39, quien ganaría el Premio Nobel de física de 1965 por su trabajo sobre electrodinámica cuántica. Feynman les mostró un cuaderno escrito a mano lleno de cálculos y los desafió a desarrollar un software que pudiera realizar cálculos matemáticos simbólicos.

Fredkin dejó BBN en 1962 y fundó Information International Incorporated, una de las primeras empresas emergentes de IA del mundo. Cuando Triple-I salió a bolsa en 1968 y Fredkin se hizo millonario, Minsky lo reclutó para que se convirtiera en el director asociado de su laboratorio de IA en el MIT. Tres años más tarde, Fredkin se convirtió en director del Proyecto MAC, el progenitor del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT. El MIT lo convirtió en profesor titular, a pesar de su falta de credenciales académicas. Pero Fredkin pronto también se cansó de eso, así que en 1974 regresó a Caltech para pasar un año con Feynman. El trato era que Fredkin le enseñaría computación a Feynman, y Feynman le enseñaría física cuántica a Fredkin.

Fredkin llegó a comprender la física cuántica, pero no lo creía. Pensó que el tejido de la realidad no podía basarse en algo que pudiera describirse mediante una medición continua. La mecánica cuántica sostiene que cantidades como la carga y la masa están cuantizadas, compuestas de unidades contables discretas que no se pueden subdividir, pero que cosas como el espacio, el tiempo y las ecuaciones de onda son fundamentalmente continuas. Fredkin, por el contrario, creía (y sigue creyendo) con una convicción casi religiosa que el espacio y el tiempo también deben cuantificarse y que, por lo tanto, el componente fundamental de la realidad es la computación. ¡La realidad debe ser una computadora! En 1978, Fredkin impartió un curso de posgrado en el MIT llamado Digital Physics, que exploró formas de reelaborar la física moderna según esos principios digitales.

Sin embargo, Feynman no estaba convencido de que hubiera conexiones significativas entre la computación y la física más allá del uso de computadoras para calcular algoritmos. Entonces, cuando Fredkin le pidió a su amigo que pronunciara el discurso de apertura en la conferencia de 1981, inicialmente se negó. Sin embargo, cuando le prometieron que podía hablar sobre lo que quisiera, Feynman cambió de opinión y expuso sus ideas sobre cómo vincular los dos campos en una charla detallada que proponía una forma de realizar cálculos utilizando los mismos efectos cuánticos.

Al principio, Feynman no estaba convencido de que hubiera conexiones significativas entre la informática y la física.

Feynman explicó que las computadoras están mal equipadas para ayudar a simular y, por lo tanto, predecir el resultado de los experimentos en física de partículas, algo que sigue siendo cierto hoy en día. Las computadoras modernas, después de todo, son deterministas: dales el mismo problema y obtendrán la misma solución. La física, por otro lado, es probabilística. Entonces, a medida que aumenta la cantidad de partículas en una simulación, lleva más tiempo exponencialmente realizar los cálculos necesarios en los posibles resultados. La forma de avanzar, afirmó Feynman, era construir una computadora que realizara sus cálculos probabilísticos utilizando la mecánica cuántica.

Feynman no había preparado un documento formal para la conferencia, pero con la ayuda de Norm Margolus, PhD '87, un estudiante graduado en el grupo de Fredkin que grabó y transcribió lo que dijo allí, su charla fue publicada en el International Journal of Theoretical Physics. bajo el título Simulando Física con Computadoras. Esto, junto con el artículo Conservative Logic de Fredkin, en coautoría con el científico investigador del MIT Tommaso Toffoli (y basado en parte en un trabajo final de Física digital escrito por William Silver '75, SM '80), formó la base del campo naciente.

En 1983, Bennett y Gilles Brassard, profesor de la Universidad de Montreal, inventaron lo que ahora se llama criptografía cuántica, una forma de utilizar la mecánica cuántica para enviar información y evitar las escuchas. Mientras tanto, Feynman continuó desarrollando su idea, como explicó en una charla titulada Tiny Computers Obeying Quantum Mechanical Laws que dio tanto en el Laboratorio Nacional de Los Álamos como en una conferencia sobre óptica en 1984.

Aún así, las computadoras cuánticas probablemente habrían seguido siendo un juguete intelectual si no fuera por Peter Williston Shor, PhD '85, quien en 1994 ideó un enfoque que podría usar una de las computadoras cuánticas aún no construidas de Feynman y alguna teoría de números inteligente para rápidamente factorizar un número grande. Esto atrajo el interés de gobiernos y corporaciones, ya que la seguridad de casi todos los sistemas criptográficos modernos depende del hecho de que es fácil multiplicar dos números primos muy grandes, pero extraordinariamente difícil descomponer el producto en sus factores primos. Con el Algoritmo de Shor (como se le llama ahora) y una computadora cuántica lo suficientemente grande para ejecutarlo, esa tarea sería simple, y la mayoría de los datos confidenciales del mundo que se mueven por ondas de radio y por Internet podrían descifrarse fácilmente una vez interceptados.

Más allá de generar los artículos fundamentales en el campo, la conferencia de 1981 también produjo una foto de algunos de los más grandes pensadores en computación y física vivos en 1981. Tomada en el césped de Endicott House, la foto incluye a Feynman y Fredkin; Freeman Dyson, uno de los físicos más talentosos del siglo XX; Konrad Zuse, el ingeniero alemán que construyó la primera computadora digital automática totalmente programable del mundo en 1941; Hans Moravec, que acababa de construir un robot que podía navegar con la vista; Danny Hillis '78, SM '81, PhD '88, quien luego fundó Thinking Machines y contrató a Feynman como su primer empleado; y muchos otros que ahora son nombres familiares (en los hogares de informáticos y físicos, al menos). Es una reminiscencia de la famosa fotografía de 1927 de la Quinta Conferencia Solvay sobre Electrones y Fotones que muestra a Albert Einstein, Niels Bohr, Pauli, Heisenberg y otras figuras destacadas del incipiente campo de la mecánica cuántica.

Por desgracia, Charlie Bennett no está en la foto: es la persona que tomó la foto.

Conferencia de física de la computación, Endicott House, MIT, 6 al 8 de mayo de 1981.
1 Freeman Dyson, 2 Gregory Chaitin, 3 James Crutchfield, 4 Norman Packard, 5 Panos Ligomenides, 6 Jerome Rothstein, 7 Carl Hewitt, 8 Norman Hardy, 9 Edward Fredkin, 10 Tom Toffoli, 11 Rolf Landauer, 12 John Wheeler, 13 Frederick Kantor, 14 David Leinweber, 15 Konrad Zuse, 16 Bernard Zeigler, 17 Carl Adam Petri, 18 Anatol Holt, 19 Roland Vollmar, 20 Hans Bremerman, 21 Donald Greenspan, 22 Markus Buettiker, 23 Otto Floberth, 24 Robert Lewis, 25 Robert Suaya , 26 Stand Kugell, 27 Bill Gosper, 28 Lutz Priese, 29 Madhu Gupta, 30 Paul Benioff, 31 Hans Moravec, 32 Ian Richards, 33 Marian Pour-El, 34 Danny Hillis, 35 Arthur Burks, 36 John Cocke, 37 George Michaels , 38 Richard Feynman, 39 Laurie Lingham, 40 PS Thiagarajan, 41 Marin Hassner, 42 Gerald Vichnaic, 43 Leonid Levin, 44 Lev Levitin, 45 Peter Gacs, 46 Dan Greenberger. (Foto cortesía de Charles Bennett)

Nota del editor: Simson Garfinkel descubrió esta historia mientras investigaba para su libro Ley y política para la era cuántica , en coautoría con Chris Hoofnagle (próximamente en Cambridge University Press).

esconder