Con conceptos de física cuántica ya se trabaja en la computadora del futuro
Los especialistas consideran que en menos de dos décadas el tamaño mínimo que alcanzarán los elementos de un circuito electrónico será el proporcional al de una escala casi atómica. Investigadores de la Universidad trabajan en el análisis y desarrollo de lo que algunos denominan “computadoras del futuro”.
Al iniciarse el proceso de miniaturizar los circuitos integrados de los dispositivos electrónicos, paralelamente se recorría el camino hacia un límite. Sin embargo, ya se trabaja en la escala nanométrica (mil millonésima parte de un metro) donde se quieren diseñar nuevos mecanismos que permiten proyectar lo que bien podría llamarse la “computadora del futuro”.
Equipos de investigadores en todo el mundo trabajan en la fase inicial de un procesador cuántico, cuyo funcionamiento se basará en las leyes físicas a escalas atómicas, con un rendimiento que aspira a procesar una descomunal cantidad de datos a una velocidad que hoy no es posible.
Uno de esos tantos profesionales que ya piensan en alguna versión de la computadora cuántica es el doctor Alejandro Ferron, integrante del grupo de investigación en Nanofísica del Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica (IMIT) (UNNE-CONICET).
Lejos, aún, de contar con un prototipo que permita conocer el diseño, Ferron, al hablar de esta computadora futurista, prefiere enfocarse en conceptos que representan la base y estructura de un proyecto de esta naturaleza: la manera en que se realizará el procesamiento, almacenamiento y lectura de la información.
Planteado teóricamente –lo que demuestra la faz inicial del proyecto – Ferron trabaja en proponer un diseño para que la información, que actualmente es procesada en forma de bits en una computadora clásica, lo haga en bits cuánticos en la computadora del futuro.
Una computadora de la actualidad funciona trabajando, básicamente, con un sistema dígito binario de 1 y 0. Ambos dígitos pueden ser grabados en un disco magnético, de manera sucesiva. En ese espacio el bit se materializa como una señal magnética que se activa (1) o se anula (0).
“Estamos buscando la manera de poder escribir esos 1 y 0 en sistema cuánticos, para lo cual se debe trabajar con sistemas extremadamente chicos, a nivel de nanoescala, donde la mecánica clásica no es suficiente para describir los fenómenos que ocurren. Entender los procesos en esas dimensiones requiere de la Mecánica Cuántica. En estas escalas los niveles de energía están discretizados, a diferencia de lo que supone la mecánica clásica” explicó Ferron.
“Lo que se discute en nuestros trabajos es la posibilidad de guardar estos ‘0’ y ‘1’ en los niveles discretos de los dispositivos nanoestructurados. Existen diversas técnicas experimentales que permiten acceder, analizar y modificar estos estados discretos. Intentamos encontrar una propuesta eficiente para la fabricación del dispositivo y también para el procedimiento de operación y transferencia de la información utilizando diversas técnicas” detalló Ferron.
En la computadora cuántica los bits serán reemplazados por qubits; el sistema dígito binario ya no irá grabado sobre un disco, sino que estará ejercido por anillos superconductores, puntos cuánticos, átomos magnéticos o cadenas de átomos magnéticos.
Ferron trabaja en diferentes líneas de investigación con átomos magnéticos, puntos cuánticos y qubits de flujo.
Con respecto a la investigación con átomos magnéticos, una de las ideas que se propone es la de utilizar las características de estos átomos (que se comportan como espines aislados cuando se depositan en superficies como el Óxido de Magnesio), para que trabajen como qubits o bits cuánticos. Los átomos que se utilizan actualmente en los experimentos son el Titanio, el Cromo, el Manganeso, el Hierro entre otros.
¿Por qué es importante que los átomos magnéticos se comporten como espines aislados?
El spin se puede pensar como el momento magnético intrínseco del sistema o como una flecha que puede apuntar en distintas direcciones. En el caso de un spin 1/2 como el electrón, esta flecha apunta en dos posibles direcciones. En el caso del Hierro con un spin 2, la flecha podría apuntar en 5 direcciones. Lo interesante es que esta dirección se puede controlar fácilmente utilizando campos magnéticos. “Recientemente hemos visto que también es posible manipular el spin utilizando campos eléctricos. Por lo tanto, es natural pensar a estos sistemas como posibles candidatos para guardar información, afirma.
Ferron investiga esta línea en colaboración con grupos teóricos de España y Portugal; y grupos experimentales de Estados Unidos, Holanda y Corea del Sur.
Las técnicas experimentales desarrolladas en los últimos años permiten diseñar estructuras depositando átomo por átomo (utilizando el microscopio de efecto túnel). Estas estructuras dan al investigador la posibilidad de estudiar diferentes fenómenos de gran interés como las ondas de spin, el ordenamiento en cadenas, como así también analizar la posibilidad de utilizar estos diseños en tecnologías relacionadas a la información cuántica.
“Como es de suponer, estas variantes implican manipular el espín del átomo, y aquí nos enfrentamos a algunos obstáculos. En primer lugar aislar los átomos y, por otro lado, comprobar si varios átomos con sus espines manipulados conservan las propiedades que queremos cuando trabajan de forma asociada”, explicó el investigador.
Si bien se trata de una fase inicial de investigación que puede ser catalogada como ciencia básica, se la interpreta mejor asociándola con una posible aplicación. La posibilidad de manipular átomos y poder controlar los estados discretos (spin) abre la posibilidad a desarrollar dispositivos que permitan contar con tecnologías relacionadas a la información cuántica, tales como un bit cuántico donde los “1” y los “0” sean diversos estados magnéticos del sistema nanoestructurado.
