La nanotecnología en las supercomputadoras del mañana

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Nuevos avances en nanotecnología pone a tiro a las supercomputadoras del mañana. Dentro de unos años, las computadoras serán bastante diferentes de las actuales. Los avances en el campo de la nanotecnología harán que las computadoras dejen de utilizar el silicio como sistema para integrar los transistores que la componen y empiecen a manejarse con lo que se llama mecánica cuántica, lo que hará que utilicen transistores a escala atómica.

Aproximadamente para el año 2010, el tamaño de los transistores o chips llegará a límites de integración con la tecnología actual, y ya no se podrán empaquetar más transistores en un área de silicio, entonces se entrará al nivel atómico o lo que se conoce como mecánica cuántica.

Las computadoras convencionales trabajan simbolizando datos como series de unos y ceros –dígitos binarios conocidos como bits. El código binario resultante es conducido a través de transistores, switches que pueden encenderse o prenderse para simbolizar un uno o un cero.

Las computadoras cuánticas, sin embargo, utilizan un fenómeno físico conocido como “superposición”, donde objetos de tamaño infinitesimal como electrones o átomos pueden existir en dos o más lugares al mismo tiempo, o girar en direcciones opuestas al mismo tiempo. Esto significa que las computadoras creadas con procesadores superpuestos puedan utilizar bits cuánticos –llamados qubits- que pueden existir en los estados de encendido y apagado simultáneamente.

De esta manera, estas computadoras cuánticas pueden calcular cada combinación de encendido y apagado al mismo tiempo, lo que las haría muchísimo más veloces que los actuales procesadores de datos a la hora de resolver ciertos problemas complejos de cálculos matemáticos. La investigación de la computación cuántica está ganando terreno rápidamente en laboratorios de investigación militares, de inteligencia y universidades alrededor del planeta. Entre otros, están involucrados gigantes como AT&T, IBM, Hewlett-Packard, Lucent and Microsoft .

En electrónica, miniaturización es sinónimo de éxito. Reducir el tamaño de los circuitos integrados implica una respuesta más rápida y un menor consumo de energía. Y en esta escalada hacia lo extremadamente pequeño, la nanotecnología se convierte en un aliado imprescindible.


Informática a nanoescala 

Hasta ahora nos habíamos habituado a que la Ley de Moore, que afirma que la capacidad de nuestros ordenadores se dobla cada 18 meses, se cumpliera a rajatabla. Pero la realidad muestra que, utilizando la tecnología convencional, que utiliza los transistores como pieza básica, este desarrollo alcanzará pronto sus límites. La alternativa para que el progreso no se detenga es crear los dispositivos de almacenamiento a escala molecular, nuevos métodos de cálculo, interruptores moleculares y cables de tubos de carbono estirados. En definitiva, lo que se conoce como ordenadores cuánticos.

El primer paso hacia estos dispositivos se producía a finales de agosto de 2001, cuando los investigadores de IBM crearon un circuito capaz de ejecutar cálculos lógicos simples mediante un nanotubo de carbono autoensamblado. En estos momentos es la empresa Hewlett-Packard la que se encuentra más cerca de crear una tecnología capaz de sustituir a los actuales procesadores. Hace tan solo unos meses daban un paso de gigante al lograr que una nueva técnica basada en sistemas usados actualmente en matemáticas, criptografía y telecomunicaciones les permita crear dispositivos con equipos mil veces más económicos que los actuales. La compañía promete que habrá chips de sólo 32 nanómetros en el mercado dentro de 8 años.

Otras empresas como IBM o Intel le siguen de cerca. En concreto, en el marco de la First Internacional Nanotechnology Conference celebrada el pasado mes de junio, Intel desvelaba por primera vez públicamente sus planes para el desarrollo de chips de tamaño inferior a 10 nanómetros, combinando el silicio con otras tecnologías que están aún en sus primeras fases de investigación.

Tan importante como la velocidad de procesamiento es la capacidad de almacenamiento. Eso lo sabe bien Nantero, una empresa de nanotecnología que trabaja en el desarrollo de la NRAM. Se trata de un chip de memoria de acceso aleatorio no volátil y basada en nanotubos. Sus creadores aseguran que podría reemplazar a las actuales memorias SRAM, DRAM y flash, convirtiéndose en la memoria universal para teléfonos móviles, reproductores MP3, cámaras digitales y PDAs.

Por su parte, investigadores de la Texas A&M University y del Rensselaer Polytechnic Institute han diseñado un tipo memoria flash de nanotubo que tiene una capacidad potencial de 40 gigas por centímetro cuadrado y 1000 terabits por centímetro cúbico. Y la compañía Philips trabaja en una nueva tecnología de almacenamiento óptico que permite el almacenaje de hasta 150 gigabytes de datos en dos capas sobre un medio óptico similar a los actuales DVDs.

Computadoras casi invisibles

La nanotecnología será un salto importante en la reducción de los componentes, y ya hay avances, pero muchos de estos adelantos se consideran secretos de las empresas que los están desarrollando.

El tamaño de las computadoras del futuro también podría sorprender, ya que podría ser la quincuagésima parte (cincuenta veces menor) de una computadora actual de semiconductores que contuviera similar número de elementos lógicos. La reducción del tamaño desemboca en dispositivos más veloces; las computadoras podrán operar a velocidades mil veces mayores que las actuales.

Algunos estudios pronostican que la técnica híbrida, que conjuga microcircuitos semiconductores y moléculas biológicas, pasará bastante pronto del dominio de la fantasía científica a las aplicaciones comerciales. Las pantallas de cristal líquido ofrecen un espléndido ejemplo del sistema híbrido que ha triunfado. Casi todas las computadoras portátiles utilizan pantallas de cristal líquido, que combinan dispositivos semiconductores con moléculas orgánicas para controlar la intensidad de la imagen en la pantalla. Son varias las moléculas biológicas que se podrían utilizar con vistas a su utilización en componentes informáticos.