Matemática, tecnología e innovación

Por: Santo Eduardo Octaño

Docente del Nivel Secundario del Instituto Politécnico Loyola y del Instituto Especializado de Estudios Superiores Loyola

En una sociedad tan cambiante, que cada vez más demanda de procesos eficientes y personas competentes, con mayores destrezas y habilidades para insertarse en el mundo laboral, la matemática ha jugado un papel fundamental en todo su desarrollo, ejemplo de ello son las construcciones de grandes naves espaciales, la modulación de los sonidos, la revolución en los transportes modernos (coches, aviones, naves espaciales, trenes, etc.), el desarrollo de los principios de la termodinámica, la luz, la energía nuclear, el alumbrado eléctrico; el surgimiento de la radio, la televisión, el teléfono, los hornos de microondas, las radiografías, la nano tecnología (celulares, tabletas, para curar enfermedades que no se curan con medicamentos), los radares, y todas las señales de la tecnología digital actual (HD, Blu-ray, entre otros).

La tecnología y la matemática son caras de la misma moneda

La matemática a través de la tecnología sirve para solucionar de manera más efectiva, rápida y eficaz algunos de los problemas que día a día se presentan en la vida del ser humano. No se puede hablar de tecnología sin hablar de los computadores que funcionan con bit, o sea, con 0 y 1. Pero, ¿cómo con 0 y 1 se puede digitar un texto, enviar un correo electrónico, hablar por teléfono, imprimir una pieza de un vehículo en impresora 3D, navegar en el internet, usar inteligencia artificial, diseñar drones, realizar experimentos en realidad virtual, comunicarse en una red 5G, programar robots que realicen trabajo pesado, tener vehículos autónomos y obtener información de una resonancia magnética para salvarle la vida a una persona?

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Si las máquinas solamente entienden 0 y 1, ¿cómo las podemos usar? ahí interviene la matemática, que hace posible que el ser humano pueda interactuar con las máquinas a pesar de que estas no razonan, pero tienen muy alta capacidad de realizar cálculos en poco tiempo y procesan muchos datos sin agotarse. Se constituyen en buen aliado para determinar patrones, lo que se traduce en una mejoría para los seres humanos.

La matemática es el medio por el que se ha podido traducir el lenguaje de máquina al lenguaje humano y viceversa, sobre todo dar instrucciones a las máquinas, por ejemplo: calcular la trayectoria de un huracán, determinar la dosis adecuada de un medicamento, traducir un mensaje en cualquier idioma, lanzar un misil por medio de una simple tecla, calcular la posibilidad de ganar en la bolsa de valores.

¿Cómo la matemática nos facilita comunicarnos con las máquinas?

Una computadora utiliza bits (0, 1). La pregunta interesante es, ¿qué son realmente estos ceros y unos internamente en la computadora? Los estados cero y uno de los bits se corresponden con la corriente eléctrica que circula o no, a través de unas compuertas lógicas microscópicas llamadas transistores, los cuales funcionan como interruptores. Cuando no circula corriente, el transistor está “apagado” y le concierne un bit 0, y cuando circula está “encendido” y se corresponde con un bit 1. Con el conjunto de ocho bits se forma un byte.

A través de las compuertas lógicas (AND, OR, NAND, XOR), el álgebra booleana, algoritmo, el código ASCII y el código RGB se procesan datos que luego pueden ser transformados en información útil. De este procesamiento se encargan los CPU´s los cuales son construidos por miles de transistores. A mayor cantidad de transistores más rápido es el computador.

La computación clásica llega al límite

Es cierto que con las máquinas que tenemos hoy día hemos logrado grandes cosas, sin embargo, por la forma como están estructuradas las computadoras clásicas están a punto de llegar a su rendimiento más alto. Según el físico Richard Feynman “llegaremos a un punto donde la computación clásica no será suficiente para los avances que exige la sociedad”. Ya la computación clásica está llegando a su máxima capacidad porque no se pueden crear compuertas más pequeñas de las que ya tenemos, no obstante, las ciencias exigen hoy como ayer nuevos resultados de la investigación y plantean nuevas direcciones, ¿por qué no nos quedamos con lo que ya tenemos?, pues porque el ritmo de la sociedad contemporánea hace que los plazos sean cada vez más cortos, lo que nos lleva a hablar de un computador más eficiente que promete satisfacer las necesidades y exigencias de hoy, el computador cuántico. Esta es una nueva forma de computadora que aplica las leyes de la física cuántica. Estas leyes vaticinan que una partícula pueda encontrarse en dos estados distintos al mismo tiempo, lo que se conoce como superposición. La computadora cuántica en vez de trabajar con bits trabaja con Qubits (o bits cuánticos), estos pueden estar en estado de superposición mientras que los bits de los ordenadores clásicos no lo están. Así, con un Qubit se logran dos estados; con dos Qubits, cuatro estados; con tres Qubits, ocho estados… por lo tanto, la capacidad de cálculo aumenta de manera exponencial con cada nuevo Qubit. En un ordenador clásico, por el contrario, la capacidad no aumenta de manera exponencial con cada nuevo elemento. Las ventajas del computador cuántico con respecto a los ordenadores clásicos es que tiene más potencia de cálculo, más capacidad de memoria y menos consumo de energía. Observamos personas que sostienen que la computadora cuántica no será posible por algunas teorías que tiene la física cuántica, por otro lado, la negación de la religión a la teoría. Me temo que aún no se están viendo los posibles avances que puede traer consigo la computación cuántica como descubrir la cura de algunas enfermedades como el cáncer, VIH, diabetes, Alzheimer y Parkinson.

En la actualidad solo algunas compañías han podido construir la computadora cuántica como IBM y Google, pero con bajo nivel de procesamiento. Para que la computadora cuántica pueda procesar a un alto nivel se necesita un profundo nivel de matemática y física para poder programar, diseñar algoritmos completamente nuevos para que esta nueva computadora funcione se necesitan herramientas matemáticas como: plano tridimensional, transformada de place, álgebra matricial, análisis de grafo, probabilidad avanzada y números complejos.

Uno de los retos que tendremos que enfrentar cuando la computadora cuántica sea una realidad es la criptografía porque un computador cuántico tendrá la capacidad de descifrar contraseñas, por grande que sean, en fracción de segundo, lo que significa que hay que buscar nueva forma de comprar en línea con la tarjeta de crédito.

Ya algunos países se están adelantado en la construcción y programación de la computadora cuántica, como China que ha invertido alrededor de 10 billones de dólares, Estados Unidos 1.3 billones, Unión Europea 1 billón, entre otros. Por lo que se hace necesario que países en vía de desarrollo como República Dominicana empiecen a trazarse metas en este sentido. Sabemos que no tendríamos esos recursos económicos para invertir en este momento, sin embargo, podemos mejorar los conocimientos matemáticos en nuestros estudiantes, lo que significa un reto para los docentes del área de matematica en pleno siglo XXI. Todos podemos unir esfuerzos para que la computadora cuántica sea una realidad y podamos incorporarnos mucho más fácil a su desarrollo.