El Universo visto como computador cuántico

La rápida expansión de las tecnologías de procesamiento de información ha encendido una explosión de investigación científica y social. El resultado es un cambio de paradigma de cómo pensamos sobre el mundo en su nivel más fundamental. El mundo que vemos a nuestro alrededor surge de un baile entre dos actores, la información y la energía. 

La información que compone el universo no es información clásica ordinaria (bits), es información cuántica (qubits). En consecuencia, el modelo computacional que aplica el universo en su nivel más pequeño y más fundamental no es el cálculo digital convencional, sino el cálculo cuántico [1],
proporcionando el mecanismo por el cual el universo genera su peculiar mezcla de aleatoriedad, orden y complejidad.

El universo físico guarda poca semejanza con la colección de cables, chips y circuitos electrónicos que componen una computadora digital convencional. Entonces, ¿cómo puede uno afirmar que el universo es una computadora?

Según la definición de Alan Turing, una computadora digital universal es un sistema que puede ser programado para realizar cualquier secuencia deseada de operaciones lógicas.  

La cuestión de si el universo es en sí mismo una computadora digital universal puede dividirse en dos partes: (I) ¿Realmente está realizando cálculos el universo? y (II) ¿El universo, en última instancia, no es más que cálculos y cálculos?  

Más precisamente, 

(I) ¿Es el universo capaz de realizar computación digital universal en el sentido de Turing? Es decir, ¿el universo o parte de él puede considerarse una máquina universal de Turing?  

(II) ¿Puede una máquina universal de Turing simular la dinámica del universo en sí? 

Podríamos precipitarnos entusiásticamente a responder sí a las dos preguntas, razonando así:

(I) Cuando construimos computadoras digitales electrónicas, de hecho estamos tomando una parte del universo para crear una computadora universal digital, capaz de simular una máquina universal de Turing, así que como mínimo (I) es posible, pues !nosotros los humanos somos capaces de hacerlo!

(II) La denominada hipótesis de Church-Turing implica, que cualquier dinámica física efectivamente calculable, incluidas las leyes conocidas de la física y cualquier ley que pueda ser descubierto en el futuro, se pueden calcular usando una computadora digital, así que (II) parece ser cierta.

Pero las cosas no son tan simples, evidentemente. Como escollo principal tenemos la mecánica cuántica, que vulnera el principio de localidad,  lo que significa que un evento sucedido en un punto del espacio puede afectar de forma instantánea a otro punto arbitrariamente alejado del primero. 

La mecánica cuántica es bien conocida por exhibir características extrañas e intuitivas. La principal de estas características es el fenómeno conocido como entrelazamiento cuántico, que Einstein denominó 'acción espeluznante a distancia' (spukhafte fernwirkung). Algunos teoremas debidos a Von Neumann, a Bell y otros muestran que los tipos de correlaciones implícitas en el entrelazamiento no pueden describirse mediante modelos locales clásicos que involucran variables ocultas. Sobre estos temas hemos escrito diversos artículos en este blog, que pueden recuperarse con las etiquetas entrelazamiento, Bell, etc.

Los sistemas digitales clásicos no son usables para hacer simular el entrelazamiento. Simplemente representar el estado de un sistema cuántico con N subsistemas, por ejemplo, N espines nucleares, requiere del orden de O(2^N) bits en una computadora clásica, y N suele ser muy grande. Peor aún, para representar cómo evoluciona ese estado se requiere la exponenciación de una matriz 2^N por 2^N, resultando un número astronómico de bits fuera de las capacidades tecnológicas actuales.

Entonces, la respuesta actualmente aceptada a la pregunta (II), puede una máquina de Turing simular un sistema cuántico eficientemente, es 'probablemente no debido a exceso de información'. En cambio las computadoras cuánticas, por definición, son buenas reproduciendo efectos cuánticos, ya que aprovechan los efectos cuánticos como el entrelazamiento para realizar cálculos en formas que las computadoras clásicas no pueden. Así,
desde la perspectiva de determinar si el universo admite computación cuántica, es suficiente que las leyes de la física lo permitan, y lo hacen, pues en las últimas décadas ya se han construido prototipos de computadores cuánticos. 


Debido a que operan utilizando los mismos principios que se aplican a la naturaleza a escalas fundamentales, las computadoras cuánticas, aunque son difíciles de construir, representan una forma de procesar información que está más cerca de la forma en que la naturaleza procesa la información en la microescala. En 1982, Richard Feynman sugirió que los dispositivos cuánticos podrían funcionan como computadoras analógicas cuánticas para simular la dinámica de sistemas cuánticos. Tales computadoras analógicas tiene  una arquitectura distinta de la convencional en nuestros ordenadores de sobremesa: son autómatas celulares, sistemas digitales que consisten en celdas dispuestas en una matriz regular, cada celda posee un número finito de estados posibles, y se actualiza como una función de su propio estado y el de sus vecinos. Tales sistemas ya existen desde 1950, pero ahora estamos hablando de su versión cuántica, y todo indica que la dinámica del Universo sí puede simularse en un ordenador cuántico con arquitectura de autómata celular, o brevemente, un autómata celular cuántico. En particular, ya disponemos de una construcción teórica,  de Feynman-Lloyd [2], que permite 'mapear' cualquier dinámica cuántica local y homogénea directamente en un automatismo cuántico celular.

¿Por qué el universo está tan ordenado y, al mismo tiempo, es tan complejo?

El estado inicial del universo parece haber sido simple. Justo antes del Big Bang, el universo era muy plano, homogéneo, isótropo y casi carente de detalles. Las leyes simples y las condiciones iniciales simples deberían conducir a estados que, en principio, son muy simples. Pero eso no es lo que vemos cuando miramos por la ventana: vemos sistemas y comportamientos altamente complejos.  

Pues bien: el modelo computacional cuántico del universo no solo explica
esta complejidad, es que requiere que exista. En efecto, las fluctuaciones cuánticas, como por ejemplo, las fluctuaciones primordiales en la densidad de energía de los campos cuánticos, proporcionan automáticamente los bits aleatorios que son necesarios para sembrar la computadora cuántica con un programa aleatorio. 

Referèncias

[1] Lloyd S. Programming the Universe. New York: Knopf; 2004.
[2] Lloyd S. Universal Quantum Simulators. Science. 1996; 273: 1073-1078.
[3] Lloyd S. The Universe as Quantum Computer

Solución altruista para los conflictos grupales, pareja, família, laboral, política...

Introducción

La sociedad se organiza en grupos: familias, equipos de trabajo, comunidades de vecinos, asociaciones y clubs, partidos políticos ... Muchas de las decisiones que se toman en la sociedad son pues decisiones de grupos, y frecuentemente son decisiones difíciles debido a la diversidad de puntos de vista, opiniones e intereses contrapuestos, la cual cosa genera múltiples conflictos a todos los niveles. En este post analizamos la fuente de los conflictos y mostramos un posible camino para minimizarlos.

Decisiones en grupo

En la vida nos encontramos continuamente con situaciones que necesitan ser atendidas, pero no está claro como hacerlo, no son situaciones simples, sino que tienen muchos matices y muchas posibles lineas de actuación; esto es así tanto si la situación es estrictamente personal como si afecta a un grupo de personas, pero lógicamente en este último caso todavía se complica más el asunto, pues hay que añadir a la complejidad de la situación a resolver los diversos puntos de vista e intereses particulares de los miembros del grupo, y es a estas a las que dedicaremos lo que sigue. Los grupos pueden ser desde una pareja, pasando por una familia, hasta grandes grupos que, por imposibilidad física de reunirse todos, delegan las decisiones en representantes: sindicales, portavoces, delegados, políticos electos ...

Entonces, dada una situación conflictiva en grupo, entendiendo por tal aquella que nos llama a tomar decisiones para afrontarla, pero las posibilidades son diversas, y además no hay acuerdo sobre cuál es la más conveniente, se produce un conflicto de intereses (cada cual mira principalmente por sí mismo), o bien un conflicto de pareceres (no hay coincidencia sobre cual es la solución ideal, técnicamente hablando) o bien ambos a la vez. Nos centraremos en los conflictos de intereses grupales, pues los conflictos técnicos se resuelven con simplemente con más conocimiento sobre el tema. 

Estos conflictos grupales de intereses se resuelven en la práctica, a nuestro juicio, de cuatro formas bien distintas:

1. por la fuerza,
2. por el consenso centrado en satisfacer lo mejor posible a todos los intereses,
3. por el sacrificio voluntario de algunos intereses particulares al bien común,
4. por el sacrificio voluntario de todos los intereses particulares, buscando un consenso centrado.

La propuesta que hacemos es que estas cuatro formas de solución están ordenadas de peor a mejor, siendo la última la única que se puede considerar realmente la solución, y no siendo de hecho una solución en absoluto la primera.

Nivel 1: solucionar un conflicto por la fuerza

Obviamente el más primitivo de todos los medios, heredado directamente de la Naturaleza, pero que sigue usándose habitualmente en las sociedades, con diversos matices. Simplemente se impone la opinión del más fuerte, ignorando las otras voces e intereses. Los regímenes autoritarios están ahí, pero también en democracia se impone muy frecuentemente la opinión de la mayoría sobre las minorías, o se impone una ley impopular usando la fuerza pública; a nivel de grupos más reducidos, se fuerza una negociación laboral presionando con huelgas y piquetes, o se toman decisiones familiares sin dejar opinar a los hijos/as.  Las decisiones tomadas usando la fuerza benefician al que las ha tomado unilateralmente, y pueden ser perjudiciales en diverso grado para los demás, que se verán obligados a acatarlas; por ello, la "solución" tomada no es de hecho ninguna solución al conflicto sino más bien una vía de escape de solucionarlo: 'como es complicado satisfacer a todos los implicados, simplemente no lo hago, y me limito a satisfacer mis necesidades y/o deseos'. Es simple, y sólo se necesita tener la fuerza necesaria para imponerse, ya sea por mayoría de votos o por la violencia física.

Nivel 2:consenso centrado en satisfacer lo mejor posible a todos

En política seria el denominado "centrismo"; se escuchan todas las opiniones y se intenta encontrar una solución que en la medida de lo posible satisfaga parcialmente o totalmente cada una. Esta es una auténtica forma de solucionar conflictos, a diferencia de la forzada, pero presenta el gran problema de la complejidad: a menudo resultará imposible satisfacer lo suficiente a cada grupo de opinión para que la solución realmente merezca el nombre, incluso corremos el riesgo de que  todos los grupos de interés queden insatisfechos. Y es que lo habitual es que sea imposible contentar a todo el mundo pues hay intereses contrapuestos irreconciliables. Hay que destacar también que, en la práctica, a menudo se presenta más de un modo de solución simultáneamente, por ejemplo, aplicar la fuerza, pero como no se tiene la suficiente para resolver el conflicto, usar también el consenso, siendo la fuerza un medio para conseguir forzar el consenso hacia posiciones favorables; este seria el caso de una huelga laboral agresiva, con grave perjuicio de la ciudadanía en general (controladores aéreos, transporte público, recogida pública de residuos ...), usando esta capacidad de dañar como medio para forzar acuerdos favorables a grupos concretos.

Nivel 3:sacrificio voluntario de algunos intereses particulares al bien común

Cuando una persona, o un grupo, se siente parte de un grupo mayor, y pone por delante de su satisfacción personal el bien del conjunto, se puede renunciar al beneficio directo personal a cambio del beneficio indirecto grupal. Es por tanto una forma potente de resolver conflictos de intereses: se logra la satisfacción personal a través del servicio al grupo en conjunto; para que realmente funcione, es necesaria una predisposición genuina, pues si se hace meramente para quedar bien, para parecer desprendido, comprometido con el grupo, inegoísta, etc, pero por dentro queda la sensación de estar perdiendo algo si recibir la compensación que se cree necesaria, a la larga el conflicto resurgirá, pues de hecho nunca se solucionó, sólo se hizo ver que era así. Es pues una solución noble y eficaz, pero exige una autenticidad en la entrega personal por el bien común. Si realmente hay esta autenticidad, no se puede perder, pues cuando se ve a los demás componentes del grupo por los que te has sacrificado gozar  de la solución adoptada, tu también gozas de su gozo. De hecho, hay evidencias científicas de que es una excelente forma de ser feliz, el mirar el bien de la comunidad de forma desprendida de uno mismo, resultando más gozo que el conseguido meramente haciendo lo que te conviene sólo a ti, que es la base del altruismo. 

Nivel 4: sacrificio voluntario de todos los intereses particulares, buscando un consenso

Llegamos a la mejor forma de solucionar conflictos, en la que todos los miembros del grupo asumen la actitud altruista que hemos visto en el párrafo anterior: nadie quiere "salirse con a suya", sino que todos quieren por encima de todo el beneficio del grupo. Al ser una actitud compartida, se vuelve a hacer necesario el consenso, para encontrar los puntos y grados exactos de sacrificio de cada individuo para le bien común. Al obrar así, no sólo se vive el gozo de ver de como tus decisiones mejoran la vida de los demás, sino que también ves como los demás quieren lo mejor para ti, de forma que se gana por partida doble, independientemente de la solución pactada. Claro está que estamos hablando sólo de la parte emocional, es perfectamente posible pactar una solución muy bien consensuada pero que técnicamente no sea buena, en cuyo caso se habrá de ajustar. 

Ser altruista no anula al individuo

Conviene diferenciar muy bien la actitud altruista respecto a la toma de decisiones en grupo del anularse uno mismo como individuo autónomo y entregarse a un grupo; la primera se refiere a renunciar a un bienestar personal en aras de un bienestar grupal, la segunda se refiere a renunciar a pensar por uno mismo y aceptar la ideología del grupo, que normalmente tendrá un líder ideológico. No tiene nada que ver una cosa con la otra: el altruista sigue siendo un individuo que piensa por su cuenta, y conscientemente decide ser altruista en relación a ciertos temas grupales, por que sabe que en realidad todos salen ganando, pero en todo momento mantiene su autonomía y libertad. La entrega de la voluntad personal a un grupo en cambio supone una merma de libertad, que aunque es voluntaria, no deja de ser lo que es.

El papel de la educación

Las mejores soluciones a los conflictos grupales exigen, como hemos visto, una predisposición a buscar el bien común antes que el personal, esto es, una actitud altruista. Esta actitud "no viene de serie" en las personas, más bien al contrario, nuestra naturaleza básica animal, orientada a la supervivencia, se activa fácilmente en frente de situaciones en dónde se ven posibles pérdidas personales, y nos ponemos en modo defensivo de nuestros intereses, en mayor o menor grado, dicho de otro modo, pasamos al nivel 1 de "solución de conflictos", el de la violencia, que puede ser de baja intensidad, implícita, pero no deja de ser un querer imponernos por nuestro beneficio personal. Es pues una actitud que se ha de adquirir, que se puede adquirir a través de una educación en los valores de la pertenencia a grupos, a familias o a la sociedad en conjunto. Pero la educación sigue siendo mayoritariamente individualista y competitiva: desde prácticamente antes de la pubertad la persona se enfrenta sola a un currículum de contenidos que ha de superar vía exámenes individuales, de los que obtiene una calificación numérica con la cual se le compara con los demás, para ver si está por encima o por debajo de la media, y si cumple con los requisitos mínimos. Claramente esta educación es muy buena para llenar el intelecto de contenidos, pero mala para educar la actitud de colaboración y el espíritu de equipo, y pésima para fomentar el altruismo de mirar por el grupo en conjunto antes que, o al menos simultáneamente, que por ti mismo.  Hay actualmente (2018) un movimiento de renovación pedagógica en este sentido que impulsa el trabajo en equipo, y por ello es posible que avancemos algo en este sentido.

La política consensúa poco

La política tal como se está haciendo en los países democráticos avanzados todavía se mueve entre los niveles 1 y 2 de solucionar conflictos grupales, y es normal que sea así, dada la gran complejidad que tienen los conflictos de intereses de una sociedad en conjunto, e incluso los conflictos internos de los propios partidos políticos. Todo ello es reflejo de la sociedad, que como hemos comentado, ha recibido una educación competitiva, y por tanto todo lo plantea en términos de lucha: de clases, de partidos, de ideologías, etc. Así, en los Parlamentos, a menudo más que parlamentar lo que se hace realmente es atacar al "oponente" político, o sea usar la violencia verbal en la forma de discurso de critica destructiva hacia el oponente. En el nivel actual en que se desarrollan nuestros representantes políticos, como mucho si hay suerte se trabaja al nivel 2 de intento de consenso, pero siempre teniendo en cuenta las respectivas posiciones de fuerza que dan los votos de cada partido y las coaliciones. 

Hacia una sociedad más feliz

Tenemos pues delante de nosotros un futuro prometedor, no sabemos de cuanto tiempo estamos hablando, si será en la próxima generación o faltan unas cuantas, pero la actitud altruista, por ser la más óptima en cuanto a resultados, sin duda tarde o temprano prevalecerá, y ayudará a que la sociedad sea más solidaria y en definitiva feliz.