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Cómo construir un computador atomtrónico

Usar átomos en lugar de electrones para procesar la información podría cambiar la forma en la que pensamos sobre la computación, dicen los físicos.

“El emergente campo de la atomtrónica tiene como objetivo construir analogías de los componentes, sistemas y dispositivos electrónicos, usando átomos ultrafrios”, dice Ron Pepino y sus colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder Colorado.

Hoy, esbozan su visión de la atomtrónica, demostrando cómo funciona y explicando por qué podría dar forma al futuro del procesado de información.

La idea es manipular átomos neutros usando lásers de una forma que imite el comportamiento de los electrones en cables, transistores y puertas lógicas. A lo largo del último par de décadas, los físicos del NIST y de todas partes del mundo se han hecho maestros en crear redes ópticas en las que los átomos pueden ser empujados, arrastrados y sacudidos a voluntad.

Pero este tipo de león óptico domesticado tiene un atractivo limitado por lo que Pepino y compañía han empezado un programa para poner a trabajar a esos átomos domesticados.

El problema es que los átomos no se comportan como electrones, por lo que construir el equivalente atomtrónico de algo incluso tan sencillo como un circuito simple que consta de una batería y una resistencia en serie, requiere de algo de pensamiento original.

Pepino y compañía dicen que la transferencia de átomos de una reseva a otra es una analogía decente y que esta transferencia pueden tener lugar a través de una red óptica en la que los átomos se tunelizan a un ritmo uniforme. Esta es su analogía de un circuito simple.

¿Qué hay de los componentes más complejos? Un diodo es un dispositivo que permite a los electrones viajar en una dirección cuado se aplica un voltaje, pero no viajan en el contrario cuando se invierte el mismo. El diodo atomtrónico de Pepino y sus colegas es una red óptica que conecta dos reservas, pero con un escalón diferencial de energía en medio. Esto permite a los átomos tunelizarse en una dirección pero no en otra.

De una forma similar, el equipo del NIST demuestra cómo es posible crear varios tipos de transistores atomtrónicos e incluso una puerta AND atomtrónica. A partir de ahí, no hay nada más que un pequeño paso hacia el procesado de información atomtrónica.

Pero, ¿por qué molestarse cuando ya tenemos todos esos componentes fucionando perfectamente con electrones?

Pepino y sus colegas dicen que hay varias razones. Los átomos neutros son fácilmente aislables del entorno, por lo que podrían ser útiles para la computación cuántica. Y al contrario que las redes de semiconductores, las redes ópticas pueden fabricarse de forma más o menos perfecta. Esto permitirá a los físicos poner a prueba las propiedades fundamentales de los circuitos lógicos de una forma que está totalmente libre de complicaciones indeseadas. “Es posible que una comprensión más profunda pueda darnos el diseño de sistemas electrónicos convencionales y llevar a futuras mejoras”, dice el equipo del NIST.

Pero, tal vez, la razón más interesante es esta: “los sistemas atomtrónicos son más ricos que sus homólogos electrónicos debido a que los átomos poseen más grados internos de libertad que los electrones”.

Hasta hace poco, la electrónica se había basado en una única propiedad de los electrones – su carga. Pero en los últimos años, los físicos han empezado a explicar una segunda propiedad: el espín electrónico. La conocida como espintrónica promete revolucionar la electrónica debido a que permite que la información se cofidique de una forma completamente nueva.

La atomtrónica podría llegar aún más lejos ofreciendo formas completamente nuevas de tratar la información. Los átomos neutros pueden ser fermiones o bosones y la interacción entre ellos puede ser de largo o corto alcance, fuerte o débil y atractiva o repulsiva.

Por tal razón, la atomtrónica abre unas nuevas y apasionantes formas de almacenar y procesar la información que no pueden hacerse con electrones. Aunque exactamente qué se logrará con esto no está claro.

Tendrá que esperar a estudios posteriores. Por el momento, Pepino y compañía parecer estar conduciendo a solas el camino de la atomtrónica. Hasta el momento el trabajo parece en gran parte teórico. Tal vez podrían contar con algo de ayuda para lograr tener los primeros dispositivos atomtrónicos listos y funcionando.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1005.3069: Open Quantum systems Approach To Atomtronics
Fecha Original: 20 de mayo de 2010
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Fuente: Ciencia Kanija

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