Hardware molecular: la Promesa y los Desafíos

La carrera ha estado en marcha desde que empezaron a aparecer los primeros chips de silicio en el ordenador. Los fabricantes de hardware se han estado superando constantemente en el frenesí de saturar el mayor número posible de transistores en espacios más pequeños y pequeños.

En 2014, Intel celebró el lanzamiento de procesadores con transistores de aproximadamente 6.000 veces más pequeños que el diámetro de una sola hebra de cabello . Sin embargo, esto está muy lejos del sueño de lograr la fabricación de transistores de nivel molecular.

El 17 de junio de 2016, un grupo de investigadores de la Universidad de Pekín en Pekín pudo haber demostrado que este sueño puede ser más cercano a la realidad de lo que pensamos . A medida que la carrera por hardware más pequeño continúa, podemos también sumergirnos en lo que esto puede significar para nosotros y en los desafíos que los fabricantes pueden enfrentar al tratar de hacer realidad la tecnología del tamaño de una molécula.

El problema con la palabra «molécula»

Hardware molecular: La Promesa y los DesafíosA medida que la carrera por hardware más pequeño continúa, vamos a sumergirnos en lo que esto significa y en los retos a los que se enfrentan los fabricantes para hacer del hardware molecular una realidad.

Cada vez que pensamos en una molécula, pensamos en algo extraordinariamente pequeño, algo tan pequeño que sólo se puede observar con equipos altamente especializados. El problema es que, a diferencia de los átomos, las moléculas no siempre vienen en dimensiones tan microscópicas. Cuando alguien me dice que ha hecho un transistor que consiste en una sola molécula, la primera pregunta que me viene a la mente es: «¿De qué tipo de molécula estamos hablando?

Una cadena molecular puede ser enorme. Polímeros como el ADN dentro de cada célula de su cuerpo pueden medir en cualquier lugar desde 1,5 a 3 metros cuando se estira por completo, y eso es sólo una molécula. Usualmente usamos cosas como moléculas de agua como punto de referencia para el tamaño, midiendo alrededor de 0.275 nanómetros de diámetro si tienes curiosidad. Ninguno de estos puede abarcar correctamente una representación adecuada del tamaño de los transistores que los investigadores de la Universidad de Pekín han desarrollado.

Lo que sí sabemos es que estos interruptores están construidos a partir de electrodos de grafeno (una disposición molecular de carbono de un átomo de espesor) con grupos de metileno entre ellos. Ningún medio de comunicación nos ha dado una pista adecuada de lo grande que sería un transistor así, pero puede ser una apuesta segura que estamos buscando algo más cercano a una molécula de agua (considerando lo pequeños que son los grupos grafeno y metileno) que una molécula de ADN.

El tamaño no lo es todo

Hardware molecular: La Promesa y los DesafíosA medida que la carrera por hardware más pequeño continúa, vamos a sumergirnos en lo que esto significa y en los retos a los que se enfrentan los fabricantes para hacer del hardware molecular una realidad.

Si bien es importante asegurarse de que usted empaque la mayor cantidad posible de un puñetazo dentro de un espacio reducido, reducir el tamaño de los transistores no es lo único que puede hacer. Además de hacer un interruptor molecular efectivo que tiene una vida útil significativamente mayor (un año) que sus predecesores (unas pocas horas), los investigadores de la Universidad de Pekín también han logrado otro avance: el interruptor también puede comunicarse utilizando fotones en lugar de electrones en movimiento.

Los fotones viajan mucho más rápido que las ondas electromagnéticas (hasta 100 veces más rápido ), lo que significa que seríamos capaces de introducir más transistores en espacios pequeños y dar a cada uno de esos pequeños bichos un aumento de velocidad como el que Gordon Moore sólo podría haber soñado.

Por qué este pequeño hardware es difícil

Como con todo lo que tratamos a nivel atómico o molecular, las cosas pueden volverse muy inestables. Por ejemplo, los campos electromagnéticos tienen una fuerte tendencia a hacer que las estructuras atómicas de los metales y otros materiales conductores se desplacen muy ligeramente. Este cambio puede interpretarse como una señal. Los «granos» microscópicos de material a nivel atómico también pueden hacer que los transistores funcionen incorrectamente.

Los investigadores de la Universidad de Pekín han logrado hasta ahora crear un interruptor que podría activarse y desactivarse más de cien veces, con una duración de un año. Aunque este es un logro maravilloso, dudo que mucha gente esté encantada de tener una computadora con la vida útil de un hámster propenso al cáncer. El primer desafío real consiste en aislar el entorno microelectrónico de tal manera que pueda funcionar durante más de una década.

Incluso si un interruptor molecular viable y altamente duradero es finalmente construido por alguien, conseguirlo en un proceso de fabricación racionalizado presenta un nuevo reto por sí solo. En un futuro previsible, los circuitos integrados son el método más adecuado para la comunicación interna por hardware. Lograr que este voluminoso sistema funcione con interruptores moleculares es casi imposible. Para añadir un insulto a la lesión, la medición de cosas dentro de los pequeños espacios entre moléculas (que es necesario hacer para leer los datos almacenados en el interior) requiere entornos altamente especializados que necesitan mucha energía para su mantenimiento.

La comida para llevar

El esfuerzo de tener interruptores del tamaño de algunas de las moléculas más pequeñas que la humanidad puede manipular es muy tentador y prometedor. Es decir, si los fabricantes pueden superar obstáculos tales como requerir temperaturas criogénicas para leer los datos, eliminar la brecha en la conectividad entre las moléculas y los circuitos electromagnéticos a nivel de cavernícola, y de alguna manera mitigar la diminuta vida útil de esta tecnología cuando se pone a prueba en el mundo real.

Si pueden saltar a través de estos aros, entonces sí, la tecnología de interruptores moleculares ciertamente va a crear una revolución que hará que los circuitos integrados actuales y los chips basados en el silicio queden obsoletos.

¿Cuándo cree que seremos capaces de superar todos estos desafíos? Cuéntanoslo en un comentario!

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