Gyles Lewis
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Mil millones de operaciones por segundo no es genial. ¿Sabes qué es genial? Un millón de billones de operaciones por segundo.
Esa es la promesa de una nueva técnica de computación que usa pulsos de luz láser para hacer un prototipo de la unidad fundamental de computación, llamada bit, que podría cambiar entre su encendido y apagado, o estados "1" y "0", 1 cuatrillón veces por segundo. Eso es aproximadamente 1 millón de veces más rápido que los bits de las computadoras modernas..
Las computadoras convencionales (desde su calculadora hasta el teléfono inteligente o la computadora portátil que está usando para leer esto) piensan en términos de 1 y 0. Todo lo que hacen, desde resolver problemas matemáticos hasta representar el mundo de un videojuego, equivale a una colección muy elaborada de operaciones de 1 o 0, sí o no. Y una computadora típica en 2018 puede usar bits de silicio para realizar más o menos mil millones de esas operaciones por segundo. [¿Realidad científica o ficción? La plausibilidad de 10 conceptos de ciencia ficción]
En este experimento, los investigadores pulsaron luz láser infrarroja en celosías de tungsteno y selenio en forma de panal, lo que permitió que el chip de silicio cambiara de estados "1" a "0" como un procesador de computadora normal, solo un millón de veces más rápido, según el estudio, que fue publicado en Nature el 2 de mayo.
Ese es un truco de cómo se comportan los electrones en esa celosía de panal..
En la mayoría de las moléculas, los electrones en órbita alrededor de ellas pueden saltar a varios estados cuánticos diferentes, o "pseudoespines", cuando se excitan. Una buena forma de imaginar estos estados es como diferentes circuitos de carreras alrededor de la propia molécula. (Los investigadores llaman a estas pistas "valles" y la manipulación de estos giros "valleytronics").
Cuando no está excitado, el electrón puede permanecer cerca de la molécula, girando en círculos perezosos. Pero excite ese electrón, tal vez con un destello de luz, y tendrá que quemar algo de energía en una de las pistas externas..
La red de tungsteno-selenio tiene solo dos pistas a su alrededor para que entren los electrones excitados. Destella el enrejado con una orientación de luz infrarroja y el electrón saltará a la primera pista. Destella con una orientación diferente de luz infrarroja y el electrón saltará a la otra pista. Una computadora podría, en teoría, tratar esas pistas como 1 y 0. Cuando hay un electrón en la pista 1, es un 1. Cuando está en la pista 0, es un 0..
Fundamentalmente, esas pistas (o valles) están un poco juntas, y los electrones no necesitan correr sobre ellas mucho tiempo antes de perder energía. Pulsa el enrejado con luz infrarroja tipo uno, y un electrón saltará a la pista 1, pero solo lo rodeará durante "unos pocos femtosegundos", según el artículo, antes de volver a su estado no excitado en los orbitales más cercanos al núcleo. Un femtosegundo es una mil millonésima millonésima de segundo, ni siquiera el tiempo suficiente para que un haz de luz atraviese un solo glóbulo rojo..
Entonces, los electrones no permanecen en la pista por mucho tiempo, pero una vez que están en una pista, pulsos de luz adicionales los golpearán hacia adelante y hacia atrás entre las dos pistas antes de que tengan la oportunidad de volver a caer en un estado no excitado. Ese empujón de ida y vuelta, 1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1, una y otra vez en destellos increíblemente rápidos, es cosa de la informática. Pero en este tipo de material, demostraron los investigadores, podría suceder mucho más rápido que en los chips contemporáneos..
Los investigadores también plantearon la posibilidad de que su red pudiera usarse para la computación cuántica a temperatura ambiente. Esa es una especie de santo grial para la computación cuántica, ya que la mayoría de las computadoras cuánticas existentes requieren que los investigadores primero enfríen sus bits cuánticos hasta casi el cero absoluto, la temperatura más fría posible. Los investigadores demostraron que es teóricamente posible excitar los electrones en esta red a "superposiciones" de las pistas 1 y 0, o estados ambiguos de ser algo así como borrosos en ambas pistas al mismo tiempo, que son necesarios para cálculos de computación cuántica.
"A largo plazo, vemos una posibilidad realista de introducir dispositivos de información cuántica que realicen operaciones más rápido que una sola oscilación de una onda de luz", dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Rupert Huber, profesor de física en la Universidad de Regensburg en Alemania. . Sin embargo, los investigadores en realidad no realizaron ninguna operación cuántica de esta manera, por lo que la idea de una computadora cuántica a temperatura ambiente sigue siendo completamente teórica. Y, de hecho, las operaciones clásicas (de tipo regular) que los investigadores realizaron en su celosía fueron simplemente sin sentido, de ida y vuelta, conmutación 1 y 0. La celosía todavía no se ha utilizado para calcular nada. Por lo tanto, los investigadores aún deben demostrar que se puede utilizar en una computadora práctica..
Aún así, el experimento podría abrir la puerta a la computación convencional ultrarrápida, y tal vez incluso a la computación cuántica, en situaciones que eran imposibles de lograr hasta ahora..