Nanotecnología

Uno de los principales problemas de la computación cuántica son las grandes dificultades técnicas, son necesarias grandes cantidades de qubits para cualquier cálculo que implica la corrección de errores; para ninguno de los sistemas actualmente propuestos es trivial un diseño capaz de manejar un número lo bastante alto de qubits para resolver problemas interesantes. Además hay que tener en cuenta el fenómeno de decoherencia: la superposición cuántica (capacidad de existir un qubit en dos universos paralelos) es difícil de obtener y mantener ya que cualquier interacción con el exterior obligará al qubit a adoptar un valor definido.

Otro problema es que no se ha encontrado el hardware ideal para tales computadoras cuánticas; simplemente se han definido una serie de condiciones que debe cumplir, por ejemplo, el sistema debe ser escalable ya que cuanto mayor sea el problema, mayor número de qubits debe tener; también debe de seguir una coherencia cuántica…

En cuanto a las ventajas, no necesariamente el computador cuántico hará mejor las cosas que las computadoras actuales, por ejemplo, las computadoras actuales son muy buenas para multiplicar grandes números, sin embargo para realizar operaciones repetitivas las computadoras cuánticas pueden hacer uso del cómputo en paralelo: la factorización de grandes números, la búsqueda en bases de datos.

Estudios recientes nos hablan de los nanotubos de carbono de pared sencilla (SWCNT), que resultan interesantes en este tema ya que se vuelven metálicos y semiconductores en función de cómo se enrollen y se podrían aplicar a varios dispositivos, como transistores de efecto campo ultrapequeños, dispositivos de un solo electrón, dispositivos de informática cuántica y dispositivos emisores de luz.

Un grupo de investigación del Instituto Japonés de Investigaciones Físicas y Químicas ha realizado amplios esfuerzos experimentales para aplicar los SWCNT a dispositivos de un solo electrón y dispositivos de informática cuántica (qubit) con un solo punto cuántico como estructura básica.         

La computación cuántica es un paradigma de computación distinto al de la clásica. Es una de las áreas más estudiadas en la investigación y que probablemente revolucione más nuestra vida actual, este área aprovecha las propiedades del mundo cuántico para aumentar la eficacia y eficiencia de los ordenadores, en cuanto a computación se refiere; en cuanto se consiguiera realizar el computador cuántico, todos los sistemas de seguridad informática actuales quedarían obsoletos ya que estas nuevas computadoras serían muy seguras debido a sus propiedades cuánticas. La computación cuántica no solo mejorará la seguridad de la información, sino que el tamaño de los ordenadores será muchísimo menor al del actual, se podrían resolver una cantidad mayor de problemas nuevos gracias a una mayor capacidad de computación. Aunque todo esto todavía queda un poco lejos dadas las dificultades técnicas .

¿Qué significa esto? Se refiere a los fenómenos que tendrá que enfrentar la tecnología de las computadoras cuando el tamaño de sus componentes (transistores, circuitos, etc.) rebase un límite inferior determinado, para el que las leyes de la física son fundamentalmente diferentes a las que se aplican en el mundo macroscópico.

Aproximadamente cada dos años, la velocidad y la capacidad de almacenamiento de las computadoras se han venido duplicando; esto ha venido acompañado de una miniaturización del componente fundamental del hardware: el transistor. Actualmente por ejemplo, IBM puede fabricar chips (circuitos integrados de la computadora) de un cuarto de micrón (un micrón es una millonésima de metro), conteniendo cerca de 200 millones de transistores.

Es curioso, pero entre todas las lecciones que recuerdo de mi etapa en el colegio, en la antigua EGB, junto a cosas como agujeros negros, superconductividad, el Big Bang y trenes que volaban… que nos contaban para, sabiamente, captar nuestra atención, me acuerdo del día que nos contó, nuestro genial profesor de Ciencias (D. José Luis), la diferencia entre conductores, semiconductores y aislantes. Y lo cierto es que los semiconductores no me gustaron mucho, la verdad, me parecieron un poco sosos, algo… mediocres, porque ¿qué es eso de conducir, pero a medias? Nada. No me convencían en absoluto.

Y llegó el último año de colegio, antes de pasar a la Universidad, en el que tuve que hacer un trabajo sobre el transistor. Fue una experiencia divertida, aunque me costó enterarme de que "Silicon" no se traducía por "silicona" sino por "silicio", y descubrí que el transistor, estaba basado en semiconductores. Esas cosas que yo había despreciado unos años antes resultaban ser la base de toda la tecnología en la que vivimos inmersos. Pero la verdad, tampoco me emocioné tantísimo. Supongo que es algo así como la rueda: un grandísimo invento, pero nadie llora de emoción cuando sale a la calle.

Hasta que llegué a la Universidad y una vez pasados los tres primeros cursos descubrí que los semiconductores son mucho más que una cosa que "conduce, sí, pero a medias", y también son más cosas que sólo el transistor. O ¿qué pensaba? ¿Qué los punteros láser que venden en las tiendas de todo 1€ llevan incorporada una cavidad resonante de medio metro de longitud (pero "metros de los pequeñitos") en la que producir una inversión de población y la consiguiente emisión láser? No señor, lo que estos punteros de 1 € y una gran cantidad de aparatos con aplicaciones en investigación, cirugía o posicionamiento llevan dentro es un semiconductor. Igual que los LEDs, esas bombillitas que ya tenemos en todos lados que consumen poco e iluminan mucho y que se encuentran desde en los semáforos de la calle hasta en los ratones ópticos de sobremesa. Los semiconductores no sólo estaban por doquier, sino que eran parte de aparatos muy diversos con aplicaciones muy distintas. Además, ya no sólo conducían la electricidad, sino que también podían recoger y emitir luz.

Ahora bien, el mundo sigue avanzando imparable en su desarrollo tecnológico, pero su objetivo primordial ya no es la miniaturización de las cosas, no, porque la palabra "miniaturización", irónicamente, se le ha quedado grande. El James Bond del futuro no llevará una cámara de alta definición en su alfiler de corbata, además llevará una impresora láser y un compartimento para guardar el ticket del parking. Ahora el futuro está en la nanotecnología.

El gran problema y la gran ventaja de la nanotecnología no es que todo sea más pequeño y difícil de manejar, tampoco la gran disipación que se puede producir si se intenta pasar mucha corriente por una región tan pequeña, ni la gran fricción que sufren los materiales por el importante valor de la relación superficie - volumen, sino que la Física subyacente es la Física Cuántica, un modelo que puede ser complicado de manejar con sistemas sencillos y que, cuando se aplica a cosas complejas, como se pretende con la nanotecnología, da lugar a fenómenos completamente inesperados o difícilmente controlables, aunque, siempre, muy interesantes. Como decía Ivan K. Schuller (un investigador de San Diego nacido en Rumanía que habla español con acento chileno) en una charla que dio hace poco en la UCM:"Cuando se empuja a la Ciencia para buscar cosas aplicadas uno se encuentra aquello que espera encontrar, pero cuando se empuja a la Ciencia para apretar los límites de la Física uno se encuentra lo inesperado, que es mucho más interesante desde el punto de vista práctico." Leer más »