La representación de un artista muestra una luz polarizada que interactúa con el enrejado de nido de abeja.

 

Mil millones de operaciones por segundo no son buenas. ¿Sabes lo que es genial? Un millón de millones de operaciones por segundo.

Esa es la promesa de una nueva técnica de computación que usa pulsos de luz láser para hacer un prototipo de la unidad informática fundamental, llamada un poco, que podría cambiar entre su encendido y apagado, o estados “1” y “0”, 1 cuatrillón tiempos por segundo. Eso es aproximadamente 1 millón de veces más rápido que los bits en las computadoras modernas.

Las computadoras convencionales (todo desde la calculadora hasta el teléfono inteligente o computadora portátil que está usando para leer esto) piensan en términos de 1s y 0s. Todo lo que hacen, desde resolver problemas matemáticos hasta representar el mundo de un videojuego, equivale a una colección muy elaborada de operaciones de 1 o 0, sí o no. Y una computadora típica en 2018 puede usar bits de silicio para realizar más o menos mil millones de esas operaciones por segundo.

En este experimento, los investigadores pulsaron la luz láser infrarroja en celosías de tungsteno y selenio con forma de panal , lo que permite que el chip de silicio cambie de estados “1” a “0” al igual que un procesador de computadora normal, solo un millón de veces más rápido, según el estudio, que se publicó en Nature el 2 de mayo.

Ese es un truco de cómo se comportan los electrones en ese enrejado de nido de abeja .

En la mayoría de las moléculas, los electrones en órbita alrededor de ellos pueden saltar en varios estados cuánticos diferentes, o o “psuedospins “, cuando se excitan. Una buena forma de imaginar estos estados es como circuitos de carreras diferentes alrededor de la molécula misma. (Los investigadores llaman a estas pistas “valles” y la manipulación de estos giros es “valleytronics”).

Cuando no se excita, el electrón puede permanecer cerca de la molécula, girando en círculos flojos. Pero excite ese electrón, tal vez con un destello de luz, y tendrá que consumirse un poco de energía en una de las pistas externas.

La red de tungsteno-selenio tiene solo dos pistas a su alrededor para que entren los electrones excitados. Destella el enrejado con una orientación de luz infrarroja , y el electrón saltará a la primera pista. Destello con una orientación diferente de luz infrarroja, y el electrón saltará a la otra pista. Una computadora podría, en teoría, tratar esas pistas como 1s y 0s. Cuando hay un electrón en la pista 1, es un 1. Cuando está en la pista 0, eso es un 0.

Fundamentalmente, esas pistas (o valles) están más o menos juntas, y los electrones no necesitan correr sobre ellos mucho antes de perder energía. Pulse el enrejado con luz infrarroja tipo uno, y un electrón saltará a la pista 1, pero solo lo rodeará por “unos pocos femtosegundos”, según el documento, antes de regresar a su estado no excitado en los orbitales más cercanos al núcleo. Un femtosegundo es mil millones de millonésimas de segundo, ni siquiera el tiempo suficiente para que un rayo de luz cruce un solo glóbulo rojo .

Por lo tanto, los electrones no permanecen en la pista por mucho tiempo, pero una vez que están en una pista, pulsos adicionales de luz los arrastrarán hacia adelante y hacia atrás entre las dos pistas antes de que tengan la oportunidad de volver a caer en un estado no excitado. Ese empujón de ida y vuelta, 1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1 – una y otra vez en destellos increíblemente rápidos – es cosa de computación . Pero en este tipo de material, los investigadores demostraron que podría suceder mucho más rápido que en los chips contemporáneos.

Los investigadores también plantearon la posibilidad de que su red cristalina se pudiera usar para la computación cuántica a temperatura ambiente. Esa es una especie de santo grial para la computación cuántica, ya que la mayoría de las computadoras cuánticas existentes requieren que los investigadores primero enfríen sus bits cuánticos hasta casi cero absoluto , la temperatura más baja posible. Los investigadores demostraron que es teóricamente posible excitar los electrones en este enrejado a ” superposiciones ” de las pistas 1 y 0 – o estados ambiguos de ser amable-de-clase-difusa en ambas pistas al mismo tiempo – que son necesarias para cálculos de computación cuántica .

“A largo plazo, vemos una posibilidad realista de introducir dispositivos de información cuántica que realicen operaciones más rápido que una sola oscilación de una onda de luz”, dijo en un comunicado el autor principal del estudio Rupert Huber, profesor de física de la Universidad de Ratisbona en Alemania. . Sin embargo, los investigadores en realidad no realizaron ninguna operación cuántica de esta manera, por lo que la idea de una computadora cuántica a temperatura ambiente sigue siendo completamente teórica. Y, de hecho, las operaciones clásicas (de tipo regular) que los investigadores realizaron en su celosía eran simplemente sin sentido, ida y vuelta, conmutación 1-y-0. El enrejado todavía no se ha usado para calcular nada. Por lo tanto, los investigadores todavía tienen que demostrar que se puede utilizar en una computadora práctica.

Aún así, el experimento podría abrir la puerta a la computación convencional ultrarrápida, y tal vez incluso a la computación cuántica, en situaciones que eran imposibles de lograr hasta ahora.