Hardware Molecular: La Promesa y los Desafíos
La carrera ha estado en marcha desde que comenzaron a aparecer los primeros chips de computadora de silicio. Los fabricantes de hardware han estado constantemente superándose unos a otros en una frenética competencia por meter la mayor cantidad de transistores posible en espacios cada vez más pequeños. En 2014, Intel celebró el lanzamiento de procesadores con transistores aproximadamente 6,000 veces más pequeños que el diámetro de un solo cabello. Sin embargo, esto está muy lejos del sueño de lograr la fabricación de transistores a nivel molecular. El 17 de junio de 2016, un grupo de investigadores de la Universidad de Pekín en Beijing puede haber demostrado que este sueño podría estar más cerca de la realidad de lo que pensamos. A medida que la carrera por hardware más pequeño continúa, también podemos profundizar en lo que esto podría significar para nosotros y qué desafíos podrían enfrentar los fabricantes al intentar hacer de la tecnología del tamaño de una molécula una realidad.
El Problema con la Palabra “Molécula”
Siempre que pensamos en una molécula, pensamos en algo extraordinariamente pequeño, algo tan pequeño que solo puede ser observado 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. Los polímeros como el ADN dentro de cada célula de tu cuerpo pueden medir entre 1.5 y 3 metros cuando se estiran completamente, y eso es solo una molécula. Normalmente usamos cosas como las 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 sabemos es que estos interruptores están construidos a partir de electrodos de grafeno (una disposición molecular de carbono que tiene un átomo de grosor) con grupos de metileno entre ellos. Ningún medio de comunicación nos ha dado una pista adecuada de cuán grande sería un transistor así, pero puede ser una apuesta segura que estamos mirando algo más cercano a una molécula de agua (considerando cuán pequeños son el grafeno y los grupos de metileno) que a una molécula de ADN.
El Tamaño No Lo Es Todo
Si bien es importante asegurarse de empacar la mayor cantidad de potencia posible dentro de una pequeña cantidad de espacio, reducir el tamaño de los transistores no es lo único que puedes hacer. Junto con hacer un interruptor molecular efectivo que tenga 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 podríamos meter más transistores en espacios pequeños y dar a cada uno de esos pequeños dispositivos un impulso de velocidad del que Gordon Moore solo podría haber soñado.
Por Qué Este Hardware Pequeño Es Desafiante
Como con cualquier cosa con la que tratamos a nivel atómico o molecular, las cosas pueden volverse muy inestables. Por ejemplo, los campos electromagnéticos tienen una fuerte tendencia a causar que las estructuras atómicas de metales y otros materiales conductores se desplacen ligeramente. Tal desplazamiento puede interpretarse como una señal. “Granos” microscópicos de material a nivel atómico también podrían causar 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 durabilidad de un año. Si bien este es un logro maravilloso tal como está, dudo que muchas personas estén emocionadas de tener una computadora con la vida útil de un hámster propenso al cáncer. El primer verdadero desafío es aislar el entorno microelectrónico de tal manera que pueda funcionar durante más de una década.
Incluso si finalmente alguien construye un interruptor molecular viable y altamente duradero, llevar esto a un proceso de fabricación optimizado presenta un nuevo desafío por sí solo. En el futuro previsible, los circuitos integrados son el método preferido para la comunicación interna del hardware. Hacer que este sistema voluminoso funcione con interruptores moleculares es casi imposible. Para colmo, medir cosas dentro de los pequeños espacios entre moléculas (lo que necesitas hacer para leer los datos almacenados dentro) requiere entornos altamente especializados que necesitan mucha energía para mantenerse.
La Conclusión
El esfuerzo de tener interruptores del tamaño de algunas de las moléculas más pequeñas que la humanidad puede manipular es muy tentador y tiene mucha promesa. Es decir, si los fabricantes pueden superar obstáculos como la necesidad de temperaturas criogénicas para leer datos, eliminar la brecha de conectividad entre moléculas y circuitos electromagnéticos de nivel de hombre de las cavernas, y de alguna manera mitigar la corta 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 silicio queden obsoletos.
¿Cuándo crees que podremos superar todos estos desafíos? ¡Cuéntanos en un comentario!
