Para acercarse a las capacidades cognitivas del cerebro, la tecnología debe emular su estructura en los niveles fundamentales, en la denominada nanoescala (1)
(1) La nanotecnología es la aplicación de la ciencia de los sistemas a escala nanométrica. Un nanómetro (nm) es la millonésima parte de un milímetro; las dimensiones de los sistemas de escala nanométrica oscilan entre 1 y 100 nm. La nanoescala se sitúa entre el nivel subnanométrico de los átomos individuales, por una parte, y el de los circuitos electrónicos de última tecnología, que miden varios centenares de nanómetros (en la actualidad incluso menos), por otra. En este nivel, la física, la química y la biología convergen para crear la "nanociencia", la ciencia a partir de la cual podrá (algún día) fluir la nanotecnología.
El hardware, de hecho, está evolucionando hacia componentes de conmutación microscópicos y biológicos, por esta razón los científicos ya consideran las ventajas de las proteínas en el procesamiento de la información.
La evolución tecnológica de los elementos de computación abarca una serie de conceptos y materiales conocidos colectivamente como "computación molecular."
El procesamiento de patrones o símbolos es lo que conduce a la computación óptima.
El sistema molecular de los seres vivos es extremadamente eficaz en las tareas de reconocimiento de patrones.
Los patrones pueden ser dinámicamente representados por una serie de mecanismos descriptivos, como por ejemplo los sistemas de reacción-difusión. Estos sistemas han sido utilizados para representar diversos fenómenos biológicos que pueden involucrar el crecimiento de órganos o tejidos.
Los sistemas de reacción-difusión son patrones o modelos matemáticos que describen cómo una o más sustancias distribuidas en el espacio cambian bajo la influencia de dos procesos: reacciones químicas locales, en las que las sustancias se transforman unas en otras, y difusión, que provoca que las sustancias se expandan en el espacio.
El resultado de este proceso es una configuración estable en la que la composición química es no uniforme (heterogénea) en un espacio determinado. En los medios biológicos, la propagación y la interferencia de las ondas químicas no lineales llevan a la formación de patrones característicos. Las ondas en espiral de las reacciones químicas se propagan a una velocidad uniforme e interactúan con otras ondas para producir patrones complejos. Estas ondas irradian desde los centros de la espiral a una velocidad de unos pocos milímetros por minuto y las espirales giran en aproximadamente un minuto.
Está claro que estos sistemas se desarrollan en 3D, aunque los visualicemos en 2D en la pantalla o en un gráfico.
sistemas de reacción-difusión
El origen de las ondas se define como una fase de singularidad cuya inmediata vecindad es un patrón de rotación de las actividades químicas, esta singularidad es el pivote de la que se irradia la onda espiral giratoria.
La espiral plana es en realidad una sección transversal de una onda tridimensional en forma de rollo que emerge de un filamento de la singularidad.
La espiral plana es en realidad una sección transversal de una onda tridimensional en forma de rollo que emerge de un filamento de la singularidad.
simulación por ordenador de un sistema de reacción-difusión en 3D
Otro claro ejemplo de reconocimiento de patrones, son los procesos de búsqueda y comparación continua que realiza el sistema inmunitario por medio de los anticuerpos y linfocitos, en busca de una secuencia específica de un antígeno.
El proceso se basa en que cada anticuerpo se especializa en el reconocimiento de un determinado epítopo y realiza las tareas de búsqueda y comparación del citado patrón.
Un epítopo o determinante antigénico es la porción de una macromolécula que es reconocida por el sistema inmunitario. Es la secuencia específica al que se unen los anticuerpos.
Podemos figurarnos un número casi ilimitado de microprocesadores trabajando en un problema común y al mismo tiempo, en un espacio sumamente reducido y con un gasto energético prácticamente nulo, algo que evidentemente no puede ser trasladado al modelo convencional de computación por silicio.
El hecho de que no haya un epítopo único en cada antígeno, sino que puedan existir varios (cada uno con su anticuerpo específico), provoca un aumento en la interacción molecular y una enorme riqueza de cálculo, lo que permite encontrar simultáneamente soluciones a problemas diversos.
Otra de las ventajas de la computación molecular es a nivel del gasto energético, medido en el número de operaciones que podemos hacer usando una determinada cantidad de energía. Por ejemplo: con 1 joule de energía en un sistema de computación clásico podemos efectuar en el orden de las 109 operaciones, mientras que un sistema de interacción molecular con la misma energía permite unas 2 x 1019 operaciones.
En esta forma de computación distribuida cada nodo es un microprocesador, que puede ser biológico como una molécula o una célula, o artificial como un dispositivo electrónico.
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La velocidad y el tamaño de los microprocesadores están íntimamente relacionadas, ya que cuanto mas pequeños sean los transistores, menor será la distancia que debe recorrer la señal eléctrica pudiéndose hacer más rápidos. Al ser los transistores cada vez más pequeños, la cantidad de ellos contenidos en un microprocesador y por consiguiente su velocidad, se ha venido duplicando cada dos años. El problema es que si se sigue reduciendo el tamaño de estos, las interferencias de un transistor provocarían fallos en los transistores vecinos.
Cuando se llega a la nanoescala, los electrones se escapan de los canales de donde deberían circular. Es el llamado efecto túnel.
efecto túnel
Puesto que ya la tecnología ha llegado a escalas de cientos de nanómetros comienzan a presentarse problemas relacionados con el espacio reducido, la velocidad de transferencia de datos y el costo energético.
El desarrollo de la computación cuántica y molecular trata de emular la eficiencia de los sistemas biológicos. Pero a pesar de los avances tecnológicos, la ciencia esta en “pañales” con respecto a los sistemas biológicos que llevan millones de años evolucionando.
Otro de los problemas con lo que se topa la computación cuántica, es el desarrollo de un software capaz de gestionar los errores que pueda plantear este sistema de computación paralela, ya que la superposición de los estados en los que se basa el qubit, puede producir más errores que en los sistemas binarios.
Cualquier interferencia o ruido en los campos electromagnéticos podrían confundir a los mecanismos cuánticos, provocando errores en los procesos, y este tipo de errores solo podría ser corregido mediante un potente software.
La computación molecular trata de representar la información procesándola con moléculas orgánicas. Las moléculas son colocadas en un tubo de ensayo para que reaccionen y así conseguir la solución a un problema, aprovechando la enorme capacidad de cálculo que tienen algunas macromoléculas, como ciertas proteínas o los ácidos nucleicos (ADN y ARN). La molécula orgánica que generalmente se utiliza es el ADN.
Pero primero veamos como procesa la información el ADN
Computación cuántica en el ADN
El ADN utiliza la información y la computación cuántica para diversas funciones.
Los estados de superposición de los pares de bases nitrogenadas por su estructura cíclicas y por ser bipolares, representan qubits, es decir bits de información cuántica.
Hay dos tipos de bases:
-Las bases púricas (derivadas de la purina) representadas por la adenina (A) y la guanina (G)
- Las bases pirimídínicas (derivadas de la pirimidina) representadas por la timina (T), la citosina (C) y el uracilo (U), este último solo está presente en el ARN (en lugar de la timina).
Las purinas y pirimidinas son complementarias entre sí, es decir, forman parejas de igual manera que lo harían una llave y su cerradura;
La adenina y la timina son complementarias entre ellas (A=T), al igual que la guanina y la citosina (G≡C). Dado que en el ARN no existe timina, la complementariedad se establece entre adenina y uracilo (A=U).
La complementariedad de las bases es la clave de la estructura del ADN y tiene importantes implicaciones, pues permite procesos como la replicación del ADN, la transcripción de ADN a ARN y la traducción del ARN en proteínas.
El ARN es la molécula que dirige las etapas intermedias de la formación de proteínas; el ADN no puede actuar solo, y se vale del ARN para transferir esta información vital durante la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que necesita la célula para sus actividades y su desarrollo). Varios tipos de ARN regulan la expresión de los genes, mientras que otros tienen actividad catalítica. La catálisis es el proceso por el cual se aumenta o disminuye la velocidad de una reacción química.
El ARN es, pues, mucho más versátil que el ADN. Se diferencia del ADN en el tipo de azúcar que lo conforma (ribosa en lugar de desoxirribosa), en que posee uracilo en lugar de timina y además tiene una estructura de cadena simple y no de doble cadena como el ADN.
El ADN procesa información como un bioordenador cuántico y el interior de su molécula se comporta como un superconductor.
Entrelazamiento cuántico en el ADN
El ADN puede mantenerse unido, además de los puentes de hidrógeno y uniones químicas en el esqueleto de azúcar-fosfato, gracias al entrelazamiento cuántico entre sus bases nitrogenadas.
El entrelazamiento es el extraño proceso cuántico en el que una función de onda describe dos objetos separados. Cuando esto ocurre, estos objetos, nacidos de la misma fuente, comparten la misma existencia e información, sin importar que tan separados puedan estar entre si.
El entrelazamiento cuántico influencia el modo en que la información es leída en la cadena de ADN.
El cúmulo Pi
Molécula de ADN: corte transversal de la doble hélice.
El “cúmulo π (pi)" es el núcleo interno (en azul) de la molécula de ADN, formado por pares de bases cíclicas de purina y pirimidina. Esta estructura de anillos polarizables se encuentra unida por puentes de hidrógeno. Son conocidos también como electrones pi.
Barton y col. han demostrado la conductancia muy alta a lo largo de la molécula de ADN, lo que sugiere la superconductividad en el cúmulo pi.
¿Qué es la superconductividad? Es un estado de la materia, como lo es el estado líquido o el estado sólido, en el cual no existe resistencia eléctrica. Esto significa que no hay disipación de energía al pasar corriente eléctrica por un material superconductor. Además, no permite que el campo de fuerza de un imán penetre en su interior (esto último se conoce como efecto Meissner). Esta combinación de efectos eléctricos y magnéticos recibe el nombre de estado superconductor.
El entrelazamiento entre los qubits, es una característica de la computación cuántica y se explica a través de la coherencia cuántica en el cúmulo pi, donde no solamente se comparte la información cuántica sino que también se asegura la estabilidad estructural de la molécula.
La molécula del ADN no solo gestiona la información genética, sino que además (y quizás esta sea su capacidad más importante) recibe y transmite información electromagnética más allá del plano consciente, como una antena, gracias a su naturaleza ondulatoria.
El ADN se expresa, a través de ondas solitónicas que pueden almacenar información durante mucho tiempo y son capaces de propagarse a grandes distancias sin deformarse.
Un solitón es una onda solitaria que se propaga sin deformarse en un medio no lineal.
Es muy probable que esta información sea determinante en los procesos preconscientes que colapsarán en una partícula de conocimiento o momento consciente.
Esta conciencia del “ahora” está influida por información proveniente de otros planos dimensionales, más allá del espacio y del tiempo.
Hablamos de ciencia y tecnología, considerándolas instrumentos del desarrollo humano para contribuir a la salud y felicidad de todos los seres y no para el beneficio económico de grupos poderosos ni para la manipulación tendenciosa de la información.
Hay algo que la ciencia no podrá alcanzar jamás y es la esencia misma de las cosas. La verdadera naturaleza de todas las cosas y de nuestro espíritu, emerge de nuestro propio ser más allá del intelecto y las descripciones relativas.
Algo para experimentar por si mismo.
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