Siddhartha Jayanti, profesora asistente de informática, está haciendo, y comenzando a responder, preguntas que no son tan futuristas como pueden parecer. Crédito: Foto de Katie Lenhart, gráfico de Spencer Fennell
¿Se mantendrán algoritmos diseñados para computadoras interconectadas si algunas de las máquinas no están aquí en la Tierra sino volando en el espacio, los satélites a bordo o la nave espacial?
Siddhartha Jayanti, profesora asistente de informática, está preguntando, y comenzando a responder, preguntas que los científicos informáticos deben abordar a medida que los humanos aumentan su huella en el espacio, trayendo sus máquinas con ellos.
Jayanti estudia el diseño y el comportamiento de los sistemas informáticos distribuidos en los que muchas computadoras interconectadas trabajan juntas como una para manejar tareas que abrumarían una sola máquina. Piense en los servicios de transmisión o la banca en línea, donde millones de personas visitan un sitio web al mismo tiempo o las empresas deben procesar cantidades masivas de datos en un instante.
La clave para la computación distribuida es la comunicación, dice Jayanti. Para resolver un problema juntos, las computadoras independientes que están muy separadas deben participar en diálogos digitales, transmitiendo datos de manera eficiente y confiable.
Para verificar matemáticamente que un algoritmo diseñado para dicho sistema distribuido está logrando las tareas para las que fue diseñado, los científicos informáticos emplean una técnica que esencialmente detiene el sistema a diferentes momentos a tiempo para examinar su estado y comportamiento en ese momento y comprender cómo evolucionó con el tiempo.
“Pero, ¿qué pasa si ahora considera un escenario en el que estas máquinas se implementan en el sistema solar en la nave espacial que viajan a altas velocidades y están sujetas a efectos gravitacionales inusuales?” pregunta Jayanti. “¿Y qué pasa si las diferentes máquinas están sujetas a diferentes campos gravitacionales?”
Estas preguntas no son tan futuristas como pueden parecer, dice. Los científicos ya están haciendo una lluvia de ideas para construir un Internet interplanetario, una red extraterrestre que podría mover datos de manera más eficiente en el espacio, al igual que Internet que usamos.
Lo diferente en este nuevo paradigma, dice Jayanti, es que la física de la relatividad, propuesta por primera vez por Albert Einstein, entra en juego. Sus efectos inusuales, y a menudo contradictorios, que deforman nuestra percepción del tiempo y el espacio deben tener en cuenta cómo los científicos informáticos pueden diseñar, verificar y comprender los algoritmos distribuidos en todo el espacio.
Las distancias astronómicas involucradas plantean un problema adicional. Dependiendo de dónde estén la Tierra y Marte en sus órbitas, la luz puede tomar de 3 a 22 minutos para viajar entre los dos planetas. Esto hace que el sistema sea asincrónico, lo que significa que sería muy difícil coordinar mensajes y eventos con relojes entre las computadoras interplanetarias que tendrían que colaborar.
De particular relevancia para los sistemas distribuidos, dice Jayanti, es la “relatividad de la simultaneidad”, la idea de que si dos observadores que observan dos eventos que ocurren en dos ubicaciones diferentes están de acuerdo en que están sucediendo simultáneamente depende de qué tan rápido se muevan en relación con el lugar donde ocurren los eventos. El efecto solo es perceptible cuando las velocidades en cuestión son una fracción significativa de la velocidad de la luz.
Lo que esto significa es que los observadores, y las computadoras, en la nave espacial de la placa, las zumbidas a diferentes velocidades no estarán de acuerdo con el orden de los eventos.
“No hay congelamiento universal del tiempo, según Einstein”, dice Jayanti. “Entonces, cuando nuestros métodos de razonamiento sobre los sistemas distribuidos dependen de la pausa en diferentes momentos en el tiempo, ¿cómo diseñaremos algoritmos que se comporten correctamente, y cómo verificamos que lo están haciendo?”
En su papel recienteque presentó el 18 de junio en el Simposio de la Asociación para la Computación de Maquinaria sobre Principios de la Computación distribuida En junio, Jayanti establece una conexión entre las propiedades de las ejecuciones clásicas, relativistas y computacionales de algoritmos distribuidos. El documento se publica en la revista Actas del Simposio ACM sobre principios de computación distribuida.
“El documento muestra una forma de tomar algoritmos que hemos construido para el mundo clásico y hacer que funcionen en el mundo relativista”, dice.
En el documento, Jayanti considera una gran cantidad de algoritmos que se ha demostrado que son correctos en los sistemas distribuidos clásicos y los transportan a escenarios en los que los observadores los observan ejecutarse desde diferentes marcos de referencia como las máquinas del sistema distribuido viajan a velocidades relativistas.
“El resultado sorprendente del documento es que si el algoritmo que está ejecutando es clásicamente correcto, entonces cada observador estará de acuerdo en que es correcto en una configuración relativista. Simultáneamente, los observadores podrían estar en desacuerdo sobre por qué el algoritmo es correcto”, dice.
La prueba de Jayanti depende de la causalidad, el principio de que una causa debe preceder a su efecto incluso cuando opera la relatividad.
La idea central detrás de la prueba, dice, es formular correctamente una noción informática distribuida de causalidad, que es independiente de la física, y formando un vínculo entre esta noción puramente matemática y la causalidad relativista, que es una noción física real y unirlos.
Este resultado forma la base de cómo podemos entender un sistema distribuido relativista, y hay mucho más trabajo por hacer, dice Jayanti. “A medida que intentamos explorar más el espacio, el cálculo es una herramienta central en cómo hacemos esto, tener una comprensión concreta de lo que está sucediendo, lo que debería continuar y cómo podemos diseñar y verificar los sistemas correctos es clave”.
Más información: Siddhartha Visveswara Jayanti, sobre computación distribuida interplanetaria y relativista, Actas del Simposio ACM sobre principios de computación distribuida (2025). Doi: 10.1145/3732772.3733563
Proporcionado por Dartmouth College
Cita: Coordinando las computadoras en un universo relativista: expertos en el experto cómo los algoritmos podrían funcionar a través del espacio (2025, 19 de junio) Recuperado el 19 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-relativistic-universe-expert-ponders-sgorithms.html
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