Una nueva molécula artificial abre la vía a ordenadores millones de veces más potentes




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fecha de publicación04.02.2016
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Una nueva molécula artificial abre la vía a ordenadores millones de veces más potentes.

Un 'chip' del tamaño de un grano de arena albergará la capacidad de cien procesadores

JOHN MARKOFF (NYT), Pasadena
Un equipo de científicos de la Universidad de California, en Los Ángeles, y de la empresa Hewlett-Packard ha creado una molécula artificial que funciona, por sí sola, como el componente más simple de la electrónica, el interruptor capaz de adoptar dos configuraciones, 1 ó 0 (encendido o apagado), y que constituye la base del funcionamiento de todos los ordenadores. Los investigadores, que presentaron el trabajo ayer en la revista Science, aseguran que su hallazgo abre la vía a una nueva generación de computadoras que serán 100.000 millones de veces más rápidas que los ordenadores actuales.

Hasta ahora, los circuitos integrados -el soporte de los interruptores binarios (con dos posiciones) en los que se basan todos los ordenadores- se fabrican grabando una placa de silicio mediante rayos de luz, un proceso conocido como fotolitografía. La reducción del tamaño de estos componentes requiere actualmente afinar extraordinariamente la precisión del equipo de grabado.

Con la nueva técnica, sin embargo, los circuitos pueden construirse usando procesos químicos en lugar de rayos de luz. En cierto sentido, el tamaño de las herramientas de grabado se ha reducido a dimensiones químicas, es decir, a la magnitud de una sola molécula, al igual que el interruptor en sí mismo.

Según Phil Kuekes, físico e ingeniero informático de Hewlett-Packard en Palo Alto (California), esta tecnología -bautizada como moletrónica, o electrónica molecular- "promete una enorme capacidad de almacenado de información". Un chip del tamaño de un grano de arena tendrá tanta capacidad como cien ordenadores personales actuales.

'Viaje fantástico'

Las posibilidades de una capacidad de almacenado de esta magnitud son difíciles de imaginar, pero Kuekes apunta una: como en una versión informática del Viaje fantástico de Isaac Asimov, un ordenador con minúsculos sensores podrá viajar por el flujo sanguíneo de una persona para enviar señales de alerta cuando detecte problemas de salud.

Otra ventaja de la moletrónica se refiere a la eficacia energética. Cuanto más pequeño es un transistor, menos energía eléctrica y menos tiempo requiere para operar. Dada la reducción de tamaño que implica disponer de interruptores moleculares, puede inferirse que el consumo de energía de los nuevos ordenadores se reducirá miles de millones de veces.

En términos técnicos, la nueva molécula constituye una puerta lógica, el componente más simple de los circuitos de ordenador. Una puerta lógica es un pequeño interruptor que puede adoptar los estados on - off (uno o cero), y crea así los cambios de voltaje eléctrico que representan un bit de información

Los interruptores o puertas lógicas moleculares no bastan, sin embargo, para construir un circuito de ordenador. Cada componente molecular debe conectarse con otros mediante algún tipo de cable. Los cables actuales pueden ser tan pequeños como un cuarto de micra -unas 400 veces más finos que un cabello humano-, pero esto no basta. Para enlazar los componentes moleculares se precisa un cable 1.000 o 10.000 veces aún más fino. Estas dimensiones son del orden de sólo unos pocos átomos de diámetro, por lo que estos cables sólo podrán ser construidos por algún método químico todavía no disponible.

Las moléculas que han logrado el prodigio han sido sintetizadas por un equipo de químicos de la Universidad de California dirigidos por James Heath, y han recibido el nombre de rotaxanos. Consisten esencialmente en dos largas hileras de anillos de benceno. Los electrones pueden moverse con relativa libertad a través de estos anillos, lo que les permite funcionar como un interruptor: cada molécula puede adoptar uno de dos estados, según los electrones se sitúen en un extremo u otro de la hilera.






Interés del Pentágono

Aparte de su publicación en Science (junto con Nature una de las dos revistas científicas más prestigiosas del mundo), un indicador de la relevancia de la nueva técnica es que el Pentágono se ha interesado en ella desde el primer momento, debido a sus potenciales aplicaciones militares.

"El campo está aún en su infancia", comentó Mark Reed, un químico de la Universidad de Yale especializado en la computación a escala molecular. "Pero los resultados están empezando a surgir con gran rapidez. En los últimos cinco años, lo que parecía una idea increíble ha llegado a una fase en la que podemos ser capaces de lograr algo concreto".

Los componentes electrónicos de los ordenadores han experimentado una continua reducción de tamaño a lo largo de los años, pero a medida que la miniaturización se acerca a su límite teórico, resulta patente que los errores son cada vez más fáciles de cometer. Un solo fallo en un transistor entre los millones que componen un chip puede inutilizar un ordenador. La nueva tecnología abre la vía a la más extrema de las miniaturizaciones concebibles, y mediante un proceso químico en el que la precisión no es una limitación relevante.

La carrera contra el silicio

J. M, Pasadena
Los nuevos componentes moleculares constituyen un paso de gigante hacia la electrónica molecular, pero quedan problemas serios por resolver.

Las moléculas de rotaxano pueden cambiar de un estado a otro (por así decir, de uno a cero, como un interruptor: encendido y apagado), pero no pueden oscilar repetidamente entre uno y otro, como se requeriría para que fueran prácticas como transistores, y no meros almacenes rígidos de información.

Sin embargo, los investigadores en computación creen que hay formas de sortear esos obstáculos en un plazo razonable.

"Es un avance muy importante, aunque todavía queda mucho camino", señala James Tour, químico de la Universidad de Rice, que está investigando en líneas similares de computación a escala molecular.

"No debemos pensar que en tres o cinco años vamos a disponer ya de ordenadores basados en la electrónica molecular, pero lo importante de este trabajo es que ahora podemos ver una forma práctica de superar los límites del microprocesador de silicio".

Otros científicos advirtieron de que es arriesgado conjeturar que la electrónica molecular, o moletrónica, va a desplazar a la tecnología basada en el silicio.

Si las nuevas moléculas demuestran ser prácticas, sus primeras aplicaciones podrían consistir en complementar a los procesadores de silicio para algunas tareas especializadas, y no en sustituirlos.

De hecho, los primeros avances de la moletrónica han venido a coincidir con un punto culminante de la tecnología del silicio.

Los tecnólogos están empezando a producir chips que pueden almacenar mil millones de bits, lo que supone una capacidad 16 veces superior que la característica de los ordenadores personales actuales.

Sin embargo, incluso ese prodigio técnico palidece en comparación con las posibilidades de la electrónica molecular. Como indica Tour, "un solo ordenador molecular podría contener más transistores que la suma de todos los ordenadores que existen en el mundo ahora mismo".

Para hacerse una idea de la multiplicación de potencia que supone rebajar la unidad lógica de los ordenadores a la escala molecular, Tour evoca una imagen comparativa muy espectacular: "Un trago de agua contiene tantas moléculas que, si cada una de ellas fuera una hoja de papel, el libro que formarían tendría un espesor de 100 millones de veces la distancia existente entre la Tierra y el Sol".

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