Hardware molecular: La promesa y los retos

La carrera ha estado en marcha desde que empezaron a aparecer los primeros chips informáticos de silicio. Los fabricantes de hardware no han dejado de superarse unos a otros en un frenesí por atiborrar el mayor número posible de transistores en espacios cada vez más pequeños. En 2014, Intel celebró el lanzamiento de procesadores con transistores unas 6.000 veces más pequeños que el diámetro de un 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 puede haber demostrado que este sueño puede estar más cerca de la realidad de lo que creemos. Como la carrera por conseguir un hardware más pequeño continúa, podemos sumergirnos en lo que esto puede significar para nosotros y en los retos a los que se pueden enfrentar los fabricantes al intentar hacer realidad la tecnología de tamaño molecular.

El problema con la palabra «molécula»

Siempre que pensamos en una molécula, pensamos en algo extraordinariamente pequeño, algo tan pequeño que sólo puede observarse con equipos muy especializados. El problema es que, a diferencia de los átomos, las moléculas no siempre tienen dimensiones tan microscópicas. Cuando alguien me dice que ha fabricado un transistor formado por una sola molécula, la primera pregunta que me viene a la cabeza es: «¿De qué tipo de molécula estamos hablando?»

Una cadena molecular puede ser enorme. Polímeros como el ADN que se encuentra dentro de cada célula de su cuerpo pueden medir entre 15 a 3 metros cuando se estira por completo, y eso es sólo una molécula. Solemos utilizar cosas como las moléculas de agua como punto de referencia para el tamaño, que miden alrededor de 0,275 nanómetros de diámetro si tiene curiosidad. Ninguna de ellas puede abarcar correctamente una representación del tamaño de los transistores que han desarrollado los investigadores de la Universidad de Pekín.

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 grosor) con grupos de metileno entre ellos. Ningún medio de comunicación nos ha dado una pista adecuada de lo grande que sería un transistor de este tipo, pero puede ser una apuesta segura que estamos ante algo más cercano a una molécula de agua (teniendo en cuenta lo pequeños que 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 que se consigue la mayor potencia posible en un espacio reducido, reducir el tamaño de los transistores no es lo único que se puede hacer. Además de fabricar un interruptor molecular eficaz 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 podríamos meter más transistores en espacios reducidos y dar a cada uno de esos diminutos bichos un aumento de velocidad con el que Gordon Moore sólo podría haber soñado.

Por qué este hardware diminuto es un reto

Como ocurre 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 ligeramente. Dicho desplazamiento puede interpretarse como una señal. Los «granos» microscópicos de material a nivel atómico también podrían hacer que los transistores no funcionaran correctamente. Los investigadores de la U. de Pekín han conseguido hasta ahora crear un interruptor que podría activarse y desactivarse más de cien veces, con una durabilidad de un año. Aunque se trata de un logro maravilloso tal y como está, dudo que mucha gente esté encantada de tener un ordenador con la vida útil de un hámster con cáncer. El primer reto real consiste en aislar el entorno microelectrónico de forma que pueda funcionar durante más de una década.

Incluso si alguien construye por fin un interruptor molecular viable y altamente duradero, conseguirlo en un proceso de fabricación racionalizado supone un reto totalmente nuevo por sí mismo. En el futuro inmediato, los circuitos integrados son el método a seguir para la comunicación interna del hardware. Conseguir que este voluminoso sistema funcione con interruptores moleculares es casi imposible. Para colmo de males, la medición de las cosas dentro de los diminutos huecos entre las moléculas (lo que hay que hacer para leer los datos almacenados en su interior) requiere entornos muy especializados que necesitan mucha energía para mantenerse.

El resultado

El empeño de tener interruptores del tamaño de algunas de las moléculas más pequeñas que la humanidad puede manipular es muy tentador y promete mucho. Es decir, si los fabricantes pueden superar obstáculos como la necesidad de temperaturas criogénicas para leer los datos, la eliminación de la brecha de conectividad entre las moléculas y los circuitos electromagnéticos de nivel cavernícola, y la mitigación de alguna manera de la diminuta vida útil de esta tecnología cuando se pone a prueba en el mundo real. Si consiguen pasar por estos aros, entonces sí, la tecnología de los interruptores moleculares va a crear una revolución que dejará completamente obsoletos los actuales circuitos integrados y chips basados en el silicio.

¿Cuándo cree que podremos superar todos estos retos? ¡Díganoslo en un comentario!

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