NANOTECNOLOGIA CUANTICA

La nanotecnología avanzada, a veces también llamada fabricacion molecular, es un término dado al concepto de ingenieria de nanosistemas (máquinas a escala nanométrica) operando a escala molecular. Se basa en que los productos manufacturados se realizan a partir de átomos. Las propiedades de estos productos dependen de cómo estén esos átomos dispuestos. Así por ejemplo, si reubicamos los atomos del grafito (compuesto por carbono, principalmente) de la mina del lapiz podemos hacer diamantes (carbono puro cristalizado). Si reubicamos los átomos de la arena (compuesta básicamente por silice) y agregamos algunos elementos extras se hacen los chips de un ordenador.

En estos cuarenta años, la potencia de cálculo de un chip se ha incrementado en más de un millón. Se trata de un avance tecnológico sin precedentes en la historia de la humanidad. Esta picada hacia lo infinitamente pequeño continúa con los procesadores de 22 nm de Intel, que se han anunciado este año, aunque los ingenieros de Intel ya están preparando las próximas generaciones de chips de 14 nanómetros en el año 2014 y al 10 nanómetros (alrededor de 40 átomos), alrededor de 2017.

En 2007, Gordon Moore anunció que su ley de duplicar el número de transistores en un chip cada dos años, dejará de aplicarse en 2020, debido a que por debajo de los 10 nanómetros, los transistores no contienen más de unos pocos átomos, y su comportamiento entonces empieza a obedecer las leyes de la física cuántica. Hoy en día, los investigadores, en lugar de considerar estas leyes como un obstáculo insuperable, tratan de usarlas a su favor para que comience una nueva era en el mundo de la informática.
De este modo, los físicos e ingenieros de todo el mundo buscan desarrollar nanodispositivos basados en nanotubos de carbono, que podrían sustituir los transistores actuales y los circuitos impresos. Pero más importante aún, los investigadores están tratando de utilizar las leyes cuánticas para superar el cálculo binario en el que se basa la informática desde su invención en la década de 1940.

Un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Sherbrooke (Canadá) ha desarrollado un dispositivo semiconductor que puede ser utilizado por un ordenador cuántico. Este dispositivo se basa en un punto cuantico doble, que captura dos electrones, cuya orientación de spin se puede controlar por un micro-imán. La base de un ordenador cuántico, consiste en mantener el estado cuántico creado un cierto tiempo, antes de que la superposición de estados interaccione con la materia existente alrededor. Para conseguir dicho objetivo los se siguen dos lineas de investigación : La primera intentando disminuir el tiempo necesario para cambiar el spin del electrón, modificando la geometría de los micro-imanes. Y por otra parte, los físicos intentan aumentar el tiempo de coherencia del estado cuántico utilizando nuevos materiales de una pureza elevada.

Un equipo de investigación ha demostrado que es posible producir estados cuanticos entrelazados con dos diamantes que distan de 15 cm. Dichos experimentos han demostrado que los fotones de los dos diamantes están intrincados, probando que las propiedades de la mecánica cuántica, pueden extenderse al mundo macroscópico. Pero lo más interesante de este descubrimiento es que el estado cuántico se obtuvo a temperatura ambiente, gracias a las notables propiedades físicas del diamante.

La tecnología « Túnel-FET » desarrollada utiliza un principio cuántico particular: "el efecto tunel" en el que se permite el paso de algunos electrones de muy poca energía para desencadenar la activación de un transistor, violando de esta manera la física clásica. Gracias a los avances en el campo de los materiales está considerando la posibilidad de sustituir por completo el transistor de efecto túnel por el clásico transistor de efecto campo.

Este avance tecnológico desarrollará chips mucho más potentes y con un consumo de energía mucho menor al actual. La enorme potencia de cálculo de las futuras supercomputadoras cuánticas supondrá una revolución incomparable. De hecho, en un ordenador clásico, el valor de un bit es 1 o 0 mientras que los "Qubit" pueden tomar dos valores al mismo tiempo, lo que permite realizar cálculos en paralelo. Estas futuras computadoras tendrán el poder de lograr en unos pocos segundos de simulaciones numéricas lo que ahora están exigiendo durante semanas o meses de trabajo a los mejores supercomputadores de hoy.

"Los principios de la física, tal y como yo los entiendo, no niegan la posibilidad de manipular las cosas átomo por átomo... Los problemas de la química y la biología podrían evitarse si desarrollamos nuestra habilidad para ver lo que estamos haciendo, y para hacer cosas al nivel atómico". Richard Feynman

"End of transmission".