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Nanotecnología

Continuación del artículo "El mundo a escala atómica"

Por Marcos Manuel Sánchez
marifoco@hotmail.com

Recientemente, científicos de las Universidades de Harvard y Cornell presentaron, de forma independiente, transistores electrónicos constituidos por dispositivos formados por UNA SOLA MOLÉCULA compuesta por átomos de cobalto y vanadio, con los que se demostró la capacidad para controlar el flujo de electrones. Estos circuitos se prepararon mediante el diseño de moléculas compuestas por varios átomos que constituyen un puente con los átomos de cobalto o de vanadio situados en el centro.

Científicos de la universidad de Cornell han utilizado esas dos moléculas para fabricar un transistor de un sólo átomo. En cada molécula hay un átomo de cobalto (azul oscuro), retenido por una molécula de piridina (C5H5N) y además hay átomos de azufre(rojo) para fijar la molécula a los electrodos de oro (en amarillo). El flujo de electrones de un electrodo al otro tiene lugar desde el átomo de cobalto.

Representación de una molécula divanadio obtenida del sitio web
http://ar.geocities.com/moni2201/nanotrn1.htm

La simultaneidad de estados según la física cuántica, consiste en que los electrones pueden estar a la vez en dos posiciones (giro ó spin del electrón al que se asigna el valor +1/2 y giro con valor –1/2). Esta particularidad da lugar a elementos (uno por cada átomo) que no se llaman bits, sino qubits (del inglés “quantum bit”). Además, los electrones no tienen por qué estar sólo en 1 y 0, sino que pueden tomar valores intermedios. Esta extraordinaria cualidad abre las puertas al almacenamiento masivo y simultáneo de datos.

"El entrelazamiento, como sostiene el físico español José Ignacio Cirac (ver MUY del mes de noviembre) consiste en que si un cuanto de energía, por ejemplo un fotón, cambia de estado, esta variación se refleja inmediatamente en otro, aunque esté separado físicamente de él: es la transmisión más rápida posible", según Santiago Herrero.

La capacidad de memoria y la velocidad se potenciarán cuando la simultaneidad de estados y el entrelazamiento se dominen. Así, por ejemplo, los grandes sistemas de cifrado y descifrado de mensajes, basados en operaciones matemáticas sencillas pero muy largas y repetitivas, se verán acortados radicalmente en el tiempo. El microprocesador cuántico reduciría los pasos en el tratamiento de la información, aunque todavía es pronto para cotejar datos tangibles.

Organizar a los átomos entre sí y con su entorno sin errores ni interferencias se intuye que es empresa más que difícil. El ordenador ultrarrápido desarrollado por IBM ha realizado una operación de calculo avanzado a una velocidad exponencialmente superior a la de un ordenador convencional. En IBM se describe el concepto: “Utilizando la molécula de cinco qubits, el equipo de Isaac L. Chuang resolvió de un solo paso un problema matemático que precisa varios ciclos con ordenadores convencionales. El problema, denominado "order-finding" (encontrar el orden), consiste en determinar el periodo de una función particular, lo que constituye el centro de muchos otros problemas matemáticos que se utilizan en aplicaciones importantes tales como la criptografía.

El problema de encontrar el orden puede ser descrito de la siguiente forma: se considera un número elevado de habitaciones y un número igual de pasillos entre ellas en los que se puede circular en un solo sentido; algunos de estos pasillos pueden ser circulares y acabar en la misma habitación de la que salen. Una persona que se moviese por este "laberinto" acabaría tarde o temprano por volver a la habitación de origen. El problema es calcular, con un número bajo de consultas, el número mínimo de pasillos por los que tiene que circular esta persona antes de volver a la habitación inicial. El ordenador cuántico de cinco qubits resuelve cualquier caso de este problema en una sola fase, mientras que con la informática convencional puede ser necesario realizar hasta cuatro pasos.”

Pero todavía falta mucho para que se puedan comercializar ordenadores cuánticos. Se calcula que se necesitan 1.000 partículas para realizar cálculos un poco complejos, y que es necesario coordinar unas 100.000 para obtener ordenadores moleculares de cierta capacidad. Algo que Jose Ignacio Cirac cree que no ocurrirá "en los próximos 20 años".

De las computadoras cuánticas se espera que desplacen a la tecnología del silicio, gracias a su velocidad y a su “nanoscópico” tamaño: los expertos consideran que en el volumen que ocupa un grano de arena se podrá albergar un ordenador cuántico cuya capacidad y velocidad equivaldrá a la de 1.000 procesadores como los actuales.

"Un ordenador molecular nos permitirá hacer cosas que todavía no podemos imaginar", dijo James Heath, que ha dirigido las investigaciones de UCLA, en un comunicado oficial. Según noticia diario El Pais (ISABEL PIQUER [19/08/00]). "Será un millón de veces más eficaz que un ordenador basado en chips de silicio". También más económico y fiable. Los qubits no pueden ser clonados o copiados, haciendo prácticamente imposible el hecho de que alguien vulnere un código encriptado con un sistema cuántico.

"Con las moléculas estamos empezando a trabajar a la menor escala posible", dijo Fraser Stoddart, el químico que ha diseñado los interruptores junto con un equipo de investigadores de Hewlett-Packard. El hallazgo da paso a un nuevo mundo de circuitos de apenas unos átomos de ancho, una miniaturización que promete cambiar la industria informática tal y como la conocemos. La investigación de Stoddart está en parte financiada por la Agencia de Proyectos de Defensa del Gobierno estadounidense.

Así pues, los dispositivos de memoria molecular podrían ofrecer una capacidad de almacenamiento muy superior a la de los ordenadores actuales y a mucho menor coste. Las dimensiones mínimas de los actuales dispositivos microeléctrónicos de silicio rondan los 180 nanómetros, aproximadamente una milésima parte del grosor de un cabello. Pero en la electrónica molecular los componentes de menor tamaño pueden llegar a reducirse a un solo nanómetro, lo que permitiría tener más de mil procesadores en el espacio que ahora ocupa uno solo de los actuales.

Sin embargo, todavía queda mucho camino por delante para llegar a ensamblar un micrordenador con estas moléculas. Los científicos de Hewlett Packard ya pueden fabricar cables conductores de un ancho inferior al tamaño de una docena de átomos, pero todavía no han encontrado la fórmula para conectar los interruptores moleculares entre sí.

Démosle tiempo... al tiempo.