10: Sistemas Físicos
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Hasta ahora hemos ignorado la mayoría de los aspectos de los sistemas físicos al tratar únicamente con ideas abstractas como la información. Aunque asumimos que cada bit almacenado o transmitido se manifestaba en algún objeto físico, nos centramos en los bits abstractos, e ignoramos cualquier limitación causada por las leyes de la física. Este es el mantra fundamental de la era de la información.
No siempre ha sido así, y no será así en el futuro. En siglos pasados, la manifestación física de la información fue de gran importancia por su gran costo. Para preservar o comunicar información, los libros tenían que ser escritos o incluso palabras cortadas en piedra. Por ejemplo, piense en el proceso de creación de un manuscrito medieval durante la Edad Media. Las páginas fueron copiadas e ilustradas laboriosamente. Los resultados pueden verse hoy con gran admiración por su importancia artística y cultural, en parte porque eran muy caros de crear—la sociedad solo podía permitirse el lujo de lidiar con lo que consideraba la información más importante, y el costo de la magnífica obra de arte no era alto en comparación con los otros costos de producción.
Los avances a lo largo de los años han mejorado la eficiencia del almacenamiento y transmisión de información: piense en la imprenta, telégrafo, teléfono, radio, televisión, procesamiento de señales digitales, semiconductores y fibra óptica. Estas tecnologías han llevado a sistemas sofisticados como computadoras y redes de datos, y han dado forma a los métodos utilizados para la creación y distribución de productos intensivos en información por parte de empresas como las del negocio del entretenimiento. A medida que disminuye el costo de procesar y distribuir datos, es relevante considerar el caso en el que ese costo es pequeño en comparación con el costo de crear, mantener y usar la información. Es en este dominio donde predominan las ideas abstractas de la teoría de la información, los bits, la codificación y, de hecho, toda la informática. Todos los sectores de la sociedad moderna están haciendo frente a la creciente cantidad de información disponible. Las ideas fundamentales de propiedad intelectual, derechos de autor, patentes y secretos comerciales se están replanteando a la luz de la economía cambiante del procesamiento de la información. Bienvenido a la era de la información.
El modelo de información separado de su encarnación física es, por supuesto, una aproximación de la realidad. Eventualmente, a medida que complicamos cada vez más los sistemas microelectrónicos, utilizando componentes cada vez más pequeños, tendremos que enfrentar los límites fundamentales impuestos no por nuestra capacidad de fabricar pequeñas estructuras, sino por las leyes de la física. Todos los sistemas físicos se rigen por la mecánica cuántica.
A menudo se cree que la mecánica cuántica es de importancia solo para estructuras pequeñas, digamos del tamaño de un átomo. Aunque es inevitable en esa escala de longitud, también gobierna los objetos cotidianos. Cuando se trata del procesamiento de información en sistemas físicos, es pertinente considerar tanto sistemas muy pequeños con un pequeño número de bits de información, como sistemas grandes con grandes cantidades de información.
Entre las ideas clave que hemos utilizado hasta ahora que hay que reinterpretar en el régimen en el que la mecánica cuántica es importante, se incluyen
- La abstracción digital hecha práctica por dispositivos que pueden restaurar datos con pequeñas perturbaciones
- Uso de la probabilidad para expresar nuestro conocimiento ante la incertidumbre
- El Principio de Entropía Máxima como técnica para estimar probabilidades sin sesgo