Ciencia Mujeres en la ciencia

Mujeres en la ciencia: Emma Haruka Iwao

¿Cuánto recuerdas del número 𝛑 (pi)? Quizá que se relaciona con círculos o, mejor, que 3.1416 es su valor redondeado y se usa para calcular el perímetro de una circunferencia, que se obtiene al multiplicar 𝛑 por el diámetro de un círculo —que es la medida central entre dos puntos de la circunferencia—.

3.1416 es un buen cálculo para 𝛑, hasta aquí todo bien, pero la cosa se complica cuando nos enteramos que Pi tiene una longitud infinita.

Esa cualidad hace que Pi sea un número irracional del cual muchos matemáticos han intentado conocer más dígitos. Antes de las calculadoras, se conocían 707 decimales, pero un día la pasión por este número y las ciencias de la computación se unieron en las manos de la científica informática japonesa Emma Haruka Iwao, quien encontró más de 31 billones de dígitos.

Relación entre perímetro y diámetro de un círculo. Crédito. Art, Education & Entertainment through Animated GIFs

Su hazaña se dio a conocer el 14 de marzo de 2019, en el Día de Pi, que se instauró desde 2009 y celebra la existencia de esta constante, aunque de forma más general es el Día Internacional de las Matemáticas. La pasión por este número ha sido compartida por tantas personas que incluso existen concursos donde recitan todos los dígitos que recuerden de él.

Con su trabajo, la ingeniera nacida en Osaka rompió un premio Guiness por agregar 9 billones de dígitos a los que había encontrado tres años antes Peter Trueb.

Actualmente, Emma Haruka es promotora de desarrolladores en la plataforma de Google Cloud, empleo para el que aplicó cinco veces hasta ser aceptada. Inició a programar desde que tenía 12 años y, tras aprender sobre Pi en la escuela, intentó calcular más dígitos, pero le faltaban conocimientos matemáticos y recursos informáticos: «no tuve acceso a supercomputadoras porque era una niña ordinaria».

Emma Haruka Iwao en Morocco. Crédito: Yuryu

Aunque para la mayoría de los aplicaciones científicas se emplean solo cientos de dígitos, hacer cálculos como el que Haruka intentó cuando pequeña y logró de grande es una forma actual de probar el funcionamiento de supercomputadoras, programación, algoritmos y en este caso de una plataforma de Google. 

En su trabajo diario como promotora se enfoca en la experiencia de los desarrolladores de aplicaciones, en lenguajes de programación y computación de alto rendimiento. Antes de Google, era ingeniera en una compañía de juegos para dispositivos móviles.

En la universidad estudió psicología y educación durante un año, siguiendo las indicaciones de sus profesores; sin embargo, notó que la computación era más importante para ella, por lo que finalmente se profesionalizó como ingeniera de software, esto en un entorno en el cual la programación era algo nuevo. 

Lo que se puede hacer con nubes y matemáticas

Volvamos a su logro: calcular 31 billones de dígitos. ¿Cómo fue posible? El mayor reto fue el almacenamiento, un área en la que trabaja Haruka para la compañía estadounidense.

Google Cloud es un espacio virtual que permite gestionar y guardar datos, por esa razón se usó como soporte, pues necesitaba 170 terabytes para realizar el trabajo, algo equivalente a 3 mil 400 discos blue-ray. Lograr esta tarea titánica demoró 121 días usando 25 máquinas virtuales.

Para realizar las operaciones matemáticas empleó el programa Y-Cruncher, diseñado por Alexander Yee, el cual puede calcular Pi y otras constantes a billones de dígitos, el programa cuenta con dos algoritmos para la mayoría de las constantes: uno para hacer el cálculo y otro para verificarlo.

Pi es difícil para el poder de la computación, realmente pone a prueba sus capacidades porque el tiempo y los recursos que se requieren para obtener más dígitos aumenta más rápido que los propios dígitos, entonces con cada nuevo paso del algoritmo hay más posibilidades de que ocurra una interrupción o falla del hardware.

Por ello fue indispensable emplear un clúster de 25 máquinas virtuales, también llamados nodos, la cantidad estaba condicionada por el rendimiento del programa y para que los datos pudiesen guardarse. Los clúster o granjas de computadoras están interconectadas y Haruka debió vigilar esa conexión para que funcionaran como un solo recurso computacional.

El algoritmo no funcionó de forma distribuida en las máquinas, sino que se ejecutó en una de estas y las otras permitieron el almacenamiento.  

Haruka ha explicado antes que, debido a que en la plataforma de Google Cloud solo se pueden adjuntar 64 terabytes de almacenamiento por máquina virtual, para los 31 billones de dígitos se requerían 170 terabytes de disco, justo aquí entran al trabajo los nodos de almacenamiento conectados de forma remota.

Durante los 121 días que duró el cálculo, Google Cloud migró miles de veces en tiempo real los datos sin afectar el proceso en curso.

Extensión que suma a la historia

Como resultado de este camino, ahora se puede descargar una versión de estos datos que demoraría un par de semanas, pero también se puede iniciar una máquina virtual en Google Cloud, pagar 40 dólares por día y en menos de una hora tener instantáneas de los dígitos, que son copias de los archivos en un tiempo y estado concretos. Antes solo era posible obtener el conjunto de datos con discos duros físicos.

Al tener este cálculo en la nube, las personas pueden ahorrarse problemas con las copias de seguridad y las restauraciones del proceso, pues hacer la misma operación, pero de forma física, podría romper incluso los mejores discos duros, lo que detendría el cálculo o lo reiniciaría.

La extensión del número 𝛑 a lo largo de la historia ha requerido técnicas de conocimiento matemático. En algún momento se buscó, con geometría, la cantidad precisa de este número. Fue Arquímedes quien inauguró esta práctica al introducir polígonos en los círculos y aumentar sus lados (llegó a tener un polígono de 96) pues su perímetro así era más fácil de calcular y esto podría ayudarle con la aproximación a Pi. Otros hicieron lo mismo, entre ellos Zu Chongzin, quien llegó a crear un polígono de 12,288 lados.

Luego 𝛑 fue abordado de diferentes formas y en otras partes del mundo, de forma extendida, como en la versión geométrica, se implementó el cálculo de dígitos mediante series, luego con calculadoras y, como se observa en la historia de Emma, la computación electrónica se ha involucrado y el almacenamiento en nubes ya juegan un papel en esta historia.

Actualmente, esta constante es empleada para la fabricación de relojes y el estudio de la astronomía, también para poner en órbita satélites que rodean a la Tierra y nos permiten el uso del Internet. Incluso, en estadística, sirve para crear modelos financieros.

Haruka Iwao se autodenomina aficionada de los viajes y los videojuegos, además ha cuestionado la baja representación de mujeres, personas de color y de la comunidad LGBTQ+ en la ciencia, y dentro de este apunte ha incitado a toda aquella o aquel que quiera ganar esos espacios a pensar en los problemas del mundo que quisieran solucionar. 

«Pueden aportar sus habilidades únicas, capacidades y forma particulares de mirar el mundo únicas para encontrar soluciones en las que nadie había pensado antes», señaló en una entrevista para Pink News en 2019.

Crédito imagen de portada: Google

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