El ordenador cuántico

Por Francisco Javier Caballero Solana

1.png

Hace cuarenta y siete años, Gordon Moore estableció su famosa "ley" que establece en electrónica, la duplicación del número de componentes elementales, los transistores por chip, cada dos años. En 1971, el primer microprocesador tenía alrededor de dos mil transistores y, cuarenta años después, ¡Los chips más avanzados cuentan con dos mil millones de transistores! 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 para la primavera de 2012, 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 cuántico doble, que captura dos electrones, cuyas orientación de spin se pueden 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 cuánticos 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: http://www.sciencesetavenir.fr/fondamental/20111202.OBS5877/intrication-macroscopique.html

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 túnel" 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 "Qbit" 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.

Algunas de sus increíbles aplicaciones podrían ser: En el campo de la biología, estas máquinas cuánticas simularán el comportamiento de las interacciones moleculares y celulares más complejos. Será posible el diseño de forma rápida y moléculas terapéuticas para los medicamentos nuevos en la medicina. En el campo de la geofísica y la física de la atmósfera, las simulaciones del clima que ahora tardan semanas también será en pocos segundos, lo que marcará un nuevo hito en el pronóstico del tiempo y se podrán hacer predicciones fiables de los terremotos.

Be Sociable, Share!
Comentarios desactivados

Los comentarios están cerrados.