viernes, 8 de febrero de 2013

La computadora del futuro


LOS CHIPS DE SILICIO ESTÁN SIENDO SUSTITUÌDOS POR CIRCUITOS EN BASE A ADN O PLÀSTICO…UN PASO A LAS PC CUÀNTICAS

Parecería ser una broma, pero hoy en día numerosos laboratorios están estudiando e investigando las nuevas características de las PC del mañana. Ya en 1965 una revista americana de electrónica le pide a Gordon Moore, uno de los fundadores de Intel, de predecir el futuro de la industria de los microchips. La respuesta de Moore, en aquel entonces director de investigaciones de la Fairchild Semiconductor, fue que los chips duplicarían su potencia cada 18 meses, en relación al costo.
Después de 39 años, su previsión (conocida como la primera ley de Moore) sigue siendo válida: pasando de una Pentium 3 que contiene  28 millones de transistores a la Pentium 4 de casi 100 millones de transistores. Pero dentro de poco esta aparente evolución se encontrará de frente a un gran obstáculo: nadie sabe cómo construir circuitos integrados de dimensiones menores a los 100 nanómetros (100 millonésimas de milímetros).  Y, en tal caso, la miniaturización prevista de la ley de Moore no podrá seguir en pie.

Problemas de “dopaje” tecnológico

El silicio usado en los microchips, para poder tener propiedades conductivas debe ser “dopado” con algunas sustancias, y a transistores más pequeños el chip necesita de mayor “dopaje” (agregado de otras sustancias) hasta un cierto límite, esto debido a que lo átomos de la sustancia extraña (en este caso germanio) tienden a formar aglomeraciones inactivos electrónicamente.

Además, los transistores que controlan el flujo de corriente en los chips son tan pequeños (menos de 2 nanómetros) que corren el riesgo de sufrir lo que los físicos llama el efecto túnel, es decir que los electrones no pueden ser controlados, generando un cortocircuito de los transistores. A complicar las cosas, se suman otras leyes, aquella de la economía. En este sentido Gordon Moore estableció una ley, que es poco conocida, según la cual cada 36 meses se duplicarían los costos de las plantas para producir chips. Si esta ley sigue siendo válida, en el 2030 una nueva fábrica de semiconductores podría llegar a costar tanto como el producto bruto interno de todo el planeta.

El riesgo black-out

Como primera contramedida, los grandes productores están buscando la manera de hacer que el silicio sea más eficiente sin reducir las dimensiones, y de aumentar su velocidad de los chips sin duplicar los costos: por ejemplo se puede usar el cobre (mejor conductor que el aluminio) para conectar los transistores, o el germanio para distanciar los átomos de los cristales de silicio y así hacer pasar más corriente y consumir menos energía. Otra solución puede ser los nanotubos de carbono, que además de ser pequeñísimos (en un cabello humano pueden entrar unos 100 mil), permitirán hacer transitar una enorme cantidad de electrones, disipando poca corriente.

Las computadoras americanas consumen el 15% de la corriente total del país, y según las proyecciones en el 2020-2030 llegarán hasta el 50%, y llegar a producir hace latente el riesgo de tener nuevos black-out. Por estas razones. Los investigadores piensan que a pesar de los grandes avances con el silicio, ha llegado el momento de aprovechar los superpoderes de la física cuántica para crear computadoras en grado de resolver problemas imposibles para la técnica tradicional. Entre estos investigadores hay quienes piensan que se debe sustituir el silicio con otros materiales: desde el simple plástico hasta la sustancia base de la vida, el ADN.

Llega el QBIT

Para el 2030, si la ley de Moore se mantiene, los transistores tradicionales con el cual son fabricados los chips deberán ser grandes como átomos. La idea no es nueva. Hace 20 años que el físico Paul  Benioff se propuso realizar una máquina en grado de analizar información que podría ser contemporáneamente verdadera o falsa (1 o 0). Si bien no hubo resultados concretos, la mecánica cuantística tiene la posibilidad de ofrecernos las bases para proyectar computadoras de velocidades increíbles. Dos solos QBIT (quantum bit), representan la combinación de 4 posibles bit (00, 01, 10, 11) y aumentando el número de QBIT se aumenta también la posibilidad de cálculo de manera exponencial: con 40 QBIT se podría representar cada número binario de cero a más de un trillón de manera simultánea y bastarían 333 para representar todos los números desde el 1 hasta el googol (10 a la 100).
El problema es como pasar de la teoría a la práctica, especialmente a ingresar datos y la manera de poder leerlos. Investigaciones de físicos e informáticos que tiene a disposición tecnología, nuevos conocimientos, instrumentos y financiamiento, están tratando de resolver lo que los han bautizado como “trampa cuantística”.

Más allá de la lógica

En agosto del 2000, investigadores de la IBM Research Centre, lograron elaborar un dispositivo a 5 QBIT (5 núcleos de flúor que interactuaban entre ellos a través de impulsos de radio). Los Alamos Nacional Lab, trabajaron con moléculas hechas de átomos de carbono e hidrógeno anunciando un modelo de 7 QBIT. El laboratorio europeo LENS ha realizado un experimento que abre nuevos horizontes de investigación al agrupar cerca de 1 millón de átomos comportándose como si fuera un solo átomo al llevarlos a temperaturas cercanas al cero absoluto.

Cuando nuestro cuerpo está bajo esfuerzo, las células tienen necesidad de más oxígeno. Entonces una enzima comienza a producir hemoglobina (la proteína que sirve a transportar el oxígeno), tomando del ADN las instrucciones para fabricarla. De manera muy simplificada, lo descrito anteriormente es un computador: se introducen los datos (falta de oxígeno), el software (ADN) lo elabora, y el hardware (enzima) cumple la acción (produce hemoglobina). ¿Por qué no aprovechar esta biocomputadora como productora de datos? Nadrian Seeman y un grupo de investigadores de la Universidad de New York han encontrado la manera de usar el ADN como una puerta lógica y están en el proceso de pegar nanopartículas de oro a la cadena del ADN para formar circuitos electrónicos minúsculos.  Otros como Ed Shapiro del Weizmann Institute de Israel, han logrado usar moléculas de ADN  para hacer cálculos y producir resultados sin necesidad de supervisión humana. Se espera que esta computadora pueda realizar 330 trillones de operaciones por segundo, es decir 100 mil veces la velocidad actual de las PC’s actuales.

Deberán pasar aún algunos años para que una verdadera computadora-ADN pueda ser una verdadera competencia de aquellas basadas en silicio. Pero vale la pena insistir: el ADN es fácil de producir, ecológico, y en teoría, en 1 gramo es posible almacenar tantos datos equivalentes a miles de millones de CD’s.

Dr. Maximiliano Arroyo Ulloa
USAT

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