Los futuros computadores serán millones de veces más veloces y potentes que los actuales.
ISABEL PIQUER, Nueva York
Un equipo de científicos de la Universidad de California
(UCLA), con financiación del Pentágono, ha dado un nuevo paso hacia la
creación de los ordenadores moleculares, una tecnología que se espera que
sea millones de veces más veloz y potente que la actual. Los
investigadores han desarrollado, a partir de una molécula, un interruptor
eléctrico, del tamaño de una millonésima de milímetro, que puede abrirse o
cerrarse con una descarga. Estos dos estados, equivalentes a los valores
del sistema binario 1 o 0, forman la base del funcionamiento de los
ordenadores. La nueva molécula, a diferencia de las creadas hasta ahora,
requiere menos energía y resiste más de una descarga.
La
investigación, que publica Science, llevada a cabo por la
Universidad de California (UCLA) es el primer paso hacia una nueva y
revolucionaria generación de ordenadores, con capacidades prácticamente
ilimitadas, que a medio plazo tendrán repercusiones incalculables para la
industria informática. De ellos se espera que arrasen el mundo del
silicio, gracias a su inmensa velocidad, y sobre todo a su mínimo tamaño:
los expertos consideran que en un grano de arena cabrán 1.000 procesadores
como los actuales.
"Un ordenador molecular nos permitirá hacer cosas que todavía no podemos imaginar", dijo James Heath, que ha dirigido las investigaciones de UCLA, en un comunicado oficial. "Será un millón de veces más eficaz que un ordenador basado en chips de silicio". Más eficaz, más barato, más rápido y más fiable. La base de este interruptor microscópico es una molécula llamada catenane, que, ante una descarga, puede encenderse y apagarse repetidamente, lo que le permite representar el lenguaje básico (ceros y unos) que utilizan los ordenadores.
"Con las moléculas estamos empezando a trabajar a la menor escala posible", dijo Fraser Stoddart, el químico que ha diseñado los interruptores junto con un equipo de investigadores de Hewlett-Packard. El hallazgo abre la puerta hacia un nuevo mundo de circuitos de apenas unos átomos de ancho, una miniaturización que promete cambiar la industria informática tal y como la conocemos.
Los dispositivos de memoria molecular podrían ofrecer una capacidad de almacenamiento muy superior a la de los ordenadores actuales y a mucho menor coste. Los actuales dispositivos microeléctricos de silicio tienen un tamaño mínimo de 180 nanómetros, más o menos una milésima del grosor de un cabello. Pero en la electrónica molecular los componentes más pequeños pueden llegar a reducirse a un solo nanómetro, lo que permitiría tener más de mil procesadores en el espacio que ahora ocupa uno solo de los actuales.
El sistema desarrollado en UCLA es relativamente simple. "Imagine dos anillos interconectados, cada uno formado por dos estructuras que interactúan con estímulos electroquímicos", explica Stoddart. Un impulso eléctrico creará un movimiento de los anillos al alterar el orden de los electrones, "encendiendo" así el interruptor al provocar que las dos moléculas se toquen, permitiendo el paso de corriente. Otro impulso restablecerá el orden como si lo "apagara". El año pasado este mismo equipo logró crear un sistema, basado en otro tipo de molécula, rotaxane, pero que sólo podía funcionar una vez, y se inutilizaba después de un solo uso.
"Este nuevo sistema es muy robusto, se puede utilizar a temperatura ambiente", dice Stoddart. "Además se ve perfectamente cómo actúa el catenane, al principio es verde y luego cambia a marrón". Al principio el interruptor sólo funcionaba en una solución líquida, lo que no se podía utilizar para los ordenadores, pero el equipo de UCLA consiguió fijar las moléculas en una película sólida. La investigación de Stoddart está en parte financiada por la Agencia de Proyectos de Defensa del Gobierno estadounidense.
Queda todavía, sin embargo, mucho camino hasta llegar a ensamblar un micrordenador con estas moléculas. Los científicos de Hewlett Packard ya pueden fabricar cables conductores de un ancho inferior al tamaño de una docena de átomos, pero todavía no han encontrado la fórmula para conectar los interruptores moleculares entre sí.
Estos cambios tendrán un profundo impacto económico. Los chips actuales se producen en plantas que cuestan miles de millones de dólares y que utilizan ondas de luz para grabar capas sucesivas de circuitos en un sustrato de silicio. Los nuevos chips moleculares, en cambio, se podrán fabricar usando simples reacciones químicas que conecten un elevado número de componentes de tamaño molecular por un coste ínfimo.
Los investigadores consideran que a medio plazo, estos avances provocarán lo que los economistas definen como una tecnología disruptiva, aquella que altera los presupuestos industriales básicos, como hizo el transistor cuando sustituyó la válvula electrónica en los años cincuenta y los circuitos integrados cuando superaron los transistores individuales en los sesenta.
La computación cuántica, la siguiente frontera
E. DE B, Madrid
Los expertos pronostican que en 2020 la miniaturización de
las máquinas fabricadas con la tecnología actual, basada en el silicio,
habrá llegado a su tope. Vendrán entonces las nuevas generaciones de
chips: primero serán los moleculares, y posteriormente, los de
tamaño atómico, los cuánticos, los más revolucionarios y sorprendentes, la
verdadera última frontera de la computación.
Los ordenadores funcionan con un lenguaje binario, como si sólo supieran dos signos (los bits): 1 y 0. La combinación de estos dos números permite almacenar datos o dar instrucciones a la máquina. La cantidad de bits y la rapidez con que se manejan determina la potencia y la velocidad del ordenador. En este contexto, la física cuántica, que estudia los componentes subatómicos de la materia, maneja dos propiedades, la simultaneidad de estados y el entanglement (entrelazamiento), que se pueden convertir en inmejorables herramientas para almacenar más datos y a conectarlos mejor.
La simultaneidad de estados consiste en que los electrones pueden estar a la vez en dos posiciones (el 0 y el 1). Estos elementos no se llaman bits, sino qubits. Además, los electrones no tienen por qué estar sólo en 1 y 0, sino que pueden tomar valores intermedios. Esta extraordinaria cualidad abre las puertas al almacenamiento masivo y simultáneo de datos.
El entrelazamiento, como ha sostiene el físico español José Ignacio Cirac, consiste en que si un cuanto de energía, por ejemplo un fotón, cambia de estado, esta variación se refleja inmediatamente en otro, separado de él: es la transmisión más rápida posible.
Los teóricos llevan 20 años vaticinando que cuando estas dos cualidades se dominen, los ordenadores multiplicarán su capacidad de memoria y su velocidad. Así, por ejemplo, los grandes sistemas de cifrado y descifrado de mensajes, basados en operaciones matemáticas sencillas pero muy largas y repetitivas, se verán acortados en el tiempo de forma drástica.
Pero dirigir la relación entre los átomos sin errores ni interferencias es inmensamente complicado. Hasta ahora, lo más que Cirac ha conseguido ha sido un ordenador de tres átomos. IBM, el gigante informático, ha anunciado que ha logrado un superordenador con cinco átomos de flúor. Pero todavía falta mucho para que se puedan comercializar ordenadores cuánticos. Se calcula que se necesitan 1.000 partículas para realizar cálculos un poco complejos, y que es necesario coordinar unas 100.000 para obtener una máquina de cierta capacidad. Algo que Cirac cree que no ocurrirá "en los próximos 20 años".