Sistema desarrollado en Queen’s University realiza miles de millones de operaciones por segundo usando luz y se mantiene estable durante horas.
- Computación con luz, no con electrones.
- Optimización extrema, miles de variables.
- Consumo energético bajo, temperatura ambiente.
- Tecnología existente, sin materiales exóticos.
- Aplicaciones reales, de fármacos a logística.
Un equipo de investigación de Queen’s University ha demostrado que otra forma de computar es posible. Una que no depende de transistores cada vez más pequeños ni de centros de datos voraces en energía. Su propuesta se apoya en algo tan cotidiano como la luz, combinada con una idea física con más de cien años de historia. El resultado: una máquina capaz de abordar problemas de enorme complejidad con velocidad, estabilidad y un consumo energético muy inferior al de los sistemas avanzados actuales.
El proyecto está liderado por Bhavin Shastri, profesor en el Departamento de Física, Ingeniería Física y Astronomía, junto a los doctorandos Hugh Morison y Nayem Al Kayed. El sistema desarrollado puede ejecutar miles de millones de operaciones por segundo, utilizando componentes comerciales y funcionando a temperatura ambiente, algo poco común en la computación de alto rendimiento.
Lejos de ser un prototipo frágil, el equipo ha demostrado que el sistema mantiene su estabilidad durante horas. Eso lo hace especialmente interesante para problemas que requieren iteraciones constantes, ajustes progresivos y exploración de múltiples soluciones posibles. No es un detalle menor. En muchos enfoques alternativos, incluidos algunos cuánticos, la coherencia se pierde en milisegundos.
El trabajo, realizado en colaboración con investigadores de McGill University, entre ellos David Plant y su equipo, ha sido publicado en Nature, lo que da una idea clara de su relevancia científica.
Un concepto centenario, reinterpretado
El corazón del sistema es el modelo de Ising, una formulación matemática que representa problemas complejos como redes de elementos que solo pueden adoptar dos estados posibles. Tradicionalmente se describe como un conjunto de imanes cuyos “espines” apuntan arriba o abajo, buscando de forma natural el estado de menor energía. En términos computacionales, ese mínimo equivale a la mejor solución posible dentro de un mar de opciones.
La innovación del equipo canadiense consiste en trasladar este principio al dominio óptico. En lugar de imanes, el sistema utiliza pulsos de luz que circulan por un bucle de fibra óptica. Hay pulso o no lo hay. Presencia o ausencia. Suficiente para representar decisiones binarias. A medida que los pulsos interactúan, el sistema explora el paisaje energético del problema hasta estabilizarse en una configuración óptima.
No hay trucos ocultos ni materiales futuristas. Láseres comerciales, moduladores estándar, fibra óptica similar a la que sostiene Internet. Esa familiaridad tecnológica es clave: permite imaginar escalabilidad real, no solo demostraciones de laboratorio.
El desafío oculto detrás de las decisiones cotidianas
Muchos de los grandes retos modernos no consisten en calcular una única respuesta, sino en elegir la mejor entre millones, billones o más. La logística global es un buen ejemplo. Optimizar rutas de reparto, asignar recursos, reducir tiempos y costes. Con pocos puntos, el problema es trivial. Con decenas, se vuelve inabordable incluso para los superordenadores actuales.
Este tipo de problemas aparece también en el diseño de nuevos medicamentos, donde hay que explorar combinaciones moleculares casi infinitas, o en la planificación urbana, al equilibrar tráfico, consumo energético, emisiones y calidad de vida. La máquina desarrollada en Queen’s destaca precisamente en este terreno: optimización combinatoria, donde otros sistemas se atascan o consumen cantidades desproporcionadas de energía.
Construido con tecnología conocida y funcionando a temperatura ambiente
Uno de los aspectos más llamativos del proyecto es su eficiencia estructural. Con solo cinco componentes básicos, el equipo ha logrado implementar 256 “espines”, superando a iniciativas comerciales con presupuestos descomunales. Además, la estabilidad del sistema permite abordar problemas con decenas de miles de variables, algo fuera del alcance de muchas máquinas ópticas previas.
El funcionamiento a temperatura ambiente no es un detalle técnico, es un cambio de paradigma. Evitar criogenia, refrigeración extrema o materiales raros reduce costes, simplifica el mantenimiento y, sobre todo, disminuye drásticamente el consumo energético. En un contexto de crecimiento explosivo de la demanda computacional, esto importa. Mucho.
Un camino práctico hacia el futuro
El equipo trabaja ahora en escalar el sistema, integrar más componentes y mejorar aún más su eficiencia energética y económica. También se exploran proyectos piloto con socios industriales, con la idea de aplicar esta tecnología a problemas reales, no solo a benchmarks académicos. La ambición es clara: pasar del laboratorio a herramientas útiles para sectores críticos.
Potencial
La computación fotónica basada en el modelo de Ising abre la puerta a decisiones mejor informadas con un coste ambiental menor. Desde acelerar el descubrimiento de fármacos con procesos menos intensivos en recursos, hasta mejorar la planificación de redes eléctricas renovables o reducir emisiones en el transporte global.
No es una solución mágica, pero sí una herramienta poderosa en un momento crítico. Aprovechar tecnologías existentes, consumir menos energía y resolver problemas que hoy parecen imposibles. A veces, avanzar no consiste en ir más rápido, sino en pensar de otra forma. Y, en este caso, hacerlo literalmente a la velocidad de la luz.
Vía www.queensu.ca
Más información: Programmable 200 GOPS Hopfield-inspired photonic Ising machine | Nature
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