jueves, 13 de septiembre de 2018

El dicloruro de cromo pirazina, mejora al grafeno y puede revolucionar la electrónica


El grafeno ha muerto. Larga vida al grafeno. O eso piensan algunos expertos. Lo que sí es cierto acerca de este material de Dios, sobre el que ya se han escrito ríos de tinta, es que su lugar de privilegio le ha sido arrebatado. Ya no cuenta con esa primera posición de “primer material aislado atómicamente en una sola capa”.

De la gran familia de alótropos bidimensionales —a saber, disulfuro de molibdeno, borofeno, estaneno, carbino, siliceno, fosforeno, germaneno…— surge un nuevo rival, un material de resistencia análoga, magnífico conductor de electricidad y bloqueador de calor: el dicloruro de cromo pirazina.

Un material que puede cambiar la historia de la electrónica moderna, el cual permite “modificar sus propiedades físicas y químicas”, según Kasper Steen Pedersen, profesor del equipo que ha logrado sintetizar este nuevo material en la Universidad Politécnica de Dinamarca.

TODO COMIENZA CON UN CRISTAL

Viajemos al pasado. Al más remoto, de hecho. La revolución tecnológica comenzó con un vidrio. Con vidrio volcánico, para ser exactos. Nuestros antepasados descubrieron que la obsidiana era una maravilla para fabricar herramientas, que era útil para cortar piel, ramas o lo que fuera que necesitábamos cortar.

Desde entonces —hace más o menos millón y medio de años—, hemos ido evolucionando y atendiendo al progreso por medio de minerales cada vez más sofisticados.

Fue Jack Kilby, de Texas Instruments, quien presentó el primer circuito integrado. O chipset, como se conocería ahora. Fue un agradable 12 de septiembre de 1958, y su placa estaba compuesta principalmente por germanio. Elemento químico de número atómico 32, otro cristal semimetálico de un banco grisáceo. Aquel día se dio uno de esos “grandes pasos para la humanidad”. O para la industria electrónica, a decir verdad.

ABRAZANDO LA TRIDIMENSIONALIDAD


Desde entonces hemos especulado con toda forma de chipsets, introducido potentísimos procesadores en teléfonos de cinco pulgadas —el mismo procesador que 30 años antes montaba una torre de control tan grande como 20 lavadoras juntas— e incluso, como diría el propio ingeniero de Intel Mark Bohr, soñado con chips insertados en nuestra piel o cerebro gracias a la miniaturización total. “En 20 años no se hablará de cuántos transistores se pueden meter en un chip sino en un volúmen cúbico”, vaticinó Bohr.

La computación cuántica, no como buzzword sino como teorema, había nacido. Ya saben, si el bit es la medida mínima de información en la informática tradicional, el qubit es la medida de la computación cuántica. Ya no hay unos y ceros, sino la superposición de ambos, largas cadenas tridimensionales de valores únicos, y nada de largas cadenas en dos dimensiones, sino la proyección de cálculo en paralelo sin necesidad.

Pero toda esta teoría maravillosa que dispararía la potencia de los ordenadores, que solventaría la desencriptación de nivel 128-bits en cuestión de horas, ha tenido que hacer frente a problemas reales. Problemas básicos de flujo eléctrico, de cómo contener y distribuir la información sin volatizarla. En una escala de nanómetros, los electrones se escapan de los canales por donde deben circular. Efecto túnel, lo llaman.

Y a esto habría que sumar los complejos dispositivos de refrigeración que requieren los dispositivos cuánticos, entornos de vacío a -273 grados centígrados.

LA GENERACIÓN DEL SILICIO


El silicio condujo la segunda gran revolución. Silicon Alley, en Manhattan, debe su nombre a la sede de las grandes empresas de la informática, un callejón donde se concentraba toda la investigación de IBM y otras tantas que diseñaban las obleas llenas de transistores del futuro.

Nunca sabemos de dónde vendrá la próxima big thing, pero está claro que hay que buscarla. Que la inspiración te coja trabajando. En los 70, los enamorados de los paneles solares, hippies californianos que creían en las economías ecosostenibles, fueron seducidos por nombres como John Schaeffer, empresario y coleccionista de arte australiano que se presentó entre todos esos alternativos llevando viejas placas fotovoltaicas de la NASA. Allí se gestó la primera fiebre del sol, en una de las ciudades más soleadas de todo América.

Pero aquellas placas eran carísimas, una verdadera fortuna solo para los bolsillos más onerosos. El silicio demostró sus utilidades prácticas e hizo bajar los costes generación a generación. Hasta el mínimo actual, donde el precio de kilovatio/hora ha empezado a expulsar combustibles fósiles como el carbón y el gas natural de algunas empresas y núcleos urbanos.

En suma, el silicio cambió la informática y, de paso, nuestra forma de interactuar con la energía.

ORDENADORES CUÁNTICOS POR GRACIA DE LA PIRAZINA

En Nobbot hemos hablado de la computación líquida y las distintas propuestas de futuro. La alternativa del equipo dirigido por Kasper Steen Pedersen promete dos evoluciones en una: paneles de flexibilidad asombrosa, de un milímetro de grosor, pero también la posibilidad de recombinar átomos para crear estructuras tridimensionales estables.

El talón de Aquiles del grafeno reside en su caprichosa malla de átomos. En ella no podemos elegir sustituir átomos de carbono por otro tipo de material. Realmente podemos, pero sus capacidades y virtudes caen hasta valores que hacen ridículo invertir en grafeno como gran solución.

El citado chromium-chloride-pyrazine, o compuesto por dicloruro de cromo pirazina —material estratificado híbrido entre orgánico/inorgánico— tiene el mismo espesor que el grafeno. Otorga, por tanto, posibilidades similares pero con mejores propiedades como candidato para la construcción de hardware de ordenadores cuánticos. Un material que propone nuevas formas de construir superconductores, pero también catalizadores o baterías.

En una batería normal se realiza un intercambio de carga negativa por carga positiva. Los electrones son excitados y, tras un buen rato conectado a la corriente, en tu smartphone pasa de figurar un 0% a un 100% de carga. Las baterías cuánticas utilizan la propiedad espingrónica (o magnetoelectrónica), por la cual el giro y la propia conducción de la corriente es usada para una carga ligera mediante magnetización.

Esto es básico en el principio de la computación cuántica. Un semiconductor habitual muestra dos estados habituales —el binario 1 o 0, cargado o descargado—. Los espines pueden lograr distintos estadosmediante superposiciones de 0 y 1, representando muchos más de estos dos valores. Mayor potencia y rendimiento, por supuesto, en el mismo espacio físico. Ya lo dijo Mark Bohr, es hora de pensar en informática tridimensional.


Fuente:nobbot

miércoles, 22 de agosto de 2018

Desarrollan chip de silicio multifuncional para procesar información cuántica

LONDRES, 20 ago (Xinhua) -- 

Un equipo internacional encabezado por investigadores británicos y chinos mostró un nuevo procesador cuántico multifuncional que puede utilizarse como herramienta científica para llevar a cabo una amplia serie de experimentos de información cuántica, según un estudio publicado hoy por la Universidad de Bristol.

El equipo utilizó chips fotónicos de silicio en su intento de construir componentes de computación cuántica a gran escala y los últimos resultados muestran que es posible controlar plenamente dos qubits de información en un mismo chip integrado. Esto significa que cualquier tarea que pueda hacerse con dos qubits, podrá programarse y hacerse con el dispositivo.

En las computadoras tradicionales, los bits asumen una forma, 0 o 1, mientras que las computadoras cuánticas se basan en qubits que pueden estar en superposición de los estados 0 y 1. Varios qubits pueden vincularse de una forma especial llamada entrelazamiento cuántico. Estas dos propiedades de la física cuántica permiten el funcionamiento de los ordenadores cuánticos.

Con el procesador recién desarrollado, los investigadores no sólo pueden realizar experimentos de información cuántica, sino también mostrar la forma de desarrollar computadoras cuánticas plenamente funcionales a partir de procesos de fabricación a gran escala.

Esto es realmente importante porque uno de los desafíos de llevar la tecnología de computación cuántica a la vida real es encontrar la forma de que las partes de un ordenador cuántico sean hechas con alta calidad y bajo costo.

"Es un procesador muy primitivo que sólo funciona con dos qubits, lo que significa que todavía queda un largo camino por recorrer antes de que podamos hacer cálculos útiles con esta tecnología", dijo Xiaogang Qiang, autor principal que emprendió el trabajo al estudiar su doctorado en la Universidad de Bristol y que ahora trabaja en la Universidad Nacional de Tecnologías de Defensa de China.

"Pero lo que es emocionante es que la distintas propiedades de la fotónica del silicio que pueden utilizarse para construir un ordenador cuántico se han combinado en un mismo dispositivo", dijo Qiang.

El estudio fue publicado en la revista Nature Photonics


Fuente spanish

lunes, 19 de febrero de 2018

Científicos crean una nueva forma de luz

Investigadores de la Universidad de Harvard y del MIT han observado un comportamiento en tripletes de fotones que no ocurre en los fotones «normales»

Han «construido» polaritones que permiten que los fotones acaben interaccionando de formas interesantes - Christine Daniloff/MIT
Cuando dos coches se cruzan en la carretera de noche, los haces de sus faros no chocan entre sí ni rebotan; sencillamente siguen su camino. Los fotones de estas ondas electromagnéticas no interaccionan entre sí, y por eso los sables láser de Star Wars son un imposible: la luz no choca contra la luz ni atraviesa a un malvado soldado imperial.

En 2013, científicos de la Universidad de Harvard y del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.) observaron un curioso fenómeno: a través de un complejo experimento, obtuvieron una nueva forma de materia hecha de luz. En concreto, vieron cómo se formaban parejas de fotones unidos por una extraña interacción. Ahora, estos mismos investigadores han publicado un artículo en Science en el que aseguran que han creado tripletes de fotones, que son un paso más en su objetivo de crear una nueva y exótica forma de materia, hecha de luz.

Los átomos de la materia se caracterizan porque se «relacionan» con otros átomos: atraen y repelen a otros átomos, interaccionan. Por todo ello, se forman moléculas y ocurren las reacciones químicas, por ejemplo. Pero los fotones no suelen hacer este tipo de cosas, salvo que los físicos les sometan a complejas pruebas. Pero si lo hicieran, los ordenadores cuánticos o quizás incluso los sables de luz estarían mucho más cerca de materializarse.

El abrazo de la luz
Vladan Vuletic, Lester Wolfe y Mikhail Lukin han observado tripletes de fotones unidos por una rara interacción. Para lograr este «extraño abrazo» entre partículas, diseñaron una serie de complejos experimentos, en los que hicieron pasar un rayo láser muy débil por una nube de átomos de rubidio en estado de superenfriamiento (solo un poco por encima del cero absoluto, la temperatura mínima posible). No es precisamente algo que se pueda practicar en casa.

Lo que ocurrió cuando este láser atravesó la nube, es que los fotones se unieron en parejas o tripletes, como si algún tipo de atracción los hubiera atrapado. ¡Pero eso no es todo! Si los fotones «normales» circulan a casi 300.000 kilómetros por segundo, la velocidad de la luz, y no tienen masa, los fotones que salieron de la nube tenían «una crisis de identidad»: viajaban 100.000 veces más despacio que los fotones que no interaccionaron y tenían una masa similar a una fracción de la masa de un electrón.

Según ha dicho Vuletic en un comunicado, estos resultados demuestran que los fotones pueden atraerse o entrelazarse a otros, lo que, en un futuro teórico, podría llevar a crear ordenadores cuánticos increíbles hoy en día, y quién sabe qué más.

En los experimentos, los científicos hicieron una «radiografía» de los electrones que salieron de la nube de átomos de rubidio: midieron su frecuencia de oscilación, a partir de una propiedad conocida como fase, y el flujo de salida.

«La fase te dice cuán fuerte están interaccionando. Cuanto mayor, más fuertemente están unidos», dice Aditya Venkatramani, coautor del trabajo. Así, averiguaron que cada uno de los fotones de los tripletes de interaccionaban fuertemente con los otros.

¿Por qué forman tripletes?
¿Por qué ocurrió esto? Los investigadores han creado un modelo físico para explicarlo: en resumen, sugieren que los fotones se comportan con los átomos de rubidio como las abejas con las flores. Cada fotón «aterriza» brevemente en un átomo de rubidio y luego salta a otro.

Ahora bien, si varios fotones están viajando así en la nube de rubidio, y ocurre que «se posan» durante más tiempo en los átomos de rubidio, pueden formar un híbrido entre átomo y fotón: un llamado polaritón. Los polaritones son partículas capaces de interaccionar con otros polaritones a través del componente atómico. Y así, los fotones acaban interaccionando con fotones, de forma más indirecta.

¿Qué es lo más importante de esto? «Lo más interesante es que se llegasen a formar los tripletes», dice Vuletic. «Tampoco se sabía si la unión de los tripletes sería igual, menos o más fuerte que la de las parejas», pero ahora sí se sabe: es más fuerte.

Territorio inexplorado
Todo este proceso ocurre en una millonésima de segundo y, curiosamente, se extiende tiempo después de que los fotones dejen atrás la nube de átomos de rubidio superenfriados. «Es como si los fotones "recordaran"», dice Sergio Cantu, otro de los coautores.

Tanto es así que los fotones que interaccioan con otros, a través de esa atracción dependiente de los átomos, se comportan como si estuvieran correlacionados, o entrelazados: y resulta que esta propiedad es clave para construir ordenadores cuánticos.

Ahora, los científicos tratarán de seguir explorando estos extraños y desconcertantes fenómenos. Entre otras cosas, tratarán de averiguar si es posible hacer que los fotones se repelan. De momento, dicen no tener ni idea de lo que encontrarán: «Con la respulsión de átomos, ¿se puede hacer que formen patrones regulares, como un cristal de luz?», se pregunta Vuletic. «¿Pasará cualquier otra cosa? Todo esto es un territorio realmente inexplorado».

Fuente:MIT

jueves, 15 de febrero de 2018

Estudios avanzan en el uso de los procesadores cuánticos basados en “spin”

Prototipo procesador cuantico

Londres, 14 feb (EFE).- Dos estudios científicos han avanzando en el uso de los procesadores cuánticos basados en el “spin” (propiedad magnética que significa giro), gracias a la creación de dispositivos de dos cúbit (sistema cuántico de dos estados propios) y la unión de fotones y electrones.

La mayoría del progreso de las investigaciones se ha centrado en el desarrollo de componentes individuales que, algún día, ayuden a la creación de sistemas de computación cuánticos basados en “spin”.

Los investigadores del primer estudio, liderados por Thomas Watson de la Universidad de Delft en los Países Bajos, han producido un dispositivo de dos cúbit que puede ser programado para llevar a cabo dos algoritmos cuánticos.

El primero de ellos es el algoritmo Deutsch-Jozsa, un test de prueba diseñado para ser más fácil de resolver por un sistema cuántico que por uno tradicional.

El segundo corresponde al algoritmo de búsqueda de Grover, que puede ser utilizado para bucear en una base de datos.

Una de las ventajas de desarrollar ordenadores cuánticos basados en cúbits semiconductores de “spin” es que su vida útil es mucho mayor en comparación con los modelos superconductores.

No obstante, la débil interacción de los cúbits los hace difíciles de juntar, lo que es necesario para que un procesador cuántico funcione. Para ello, los investigadores descubrieron que se necesita una especia de conector, como, por ejemplo, un fotón.

En un segundo estudio, comandado por Jason Petta, de la Universidad de Princeton en Estados Unidos, se muestra que un fotón confinado en una cavidad de microondas puede ser juntado a un electrón de “spin” que se encuentre atrapado en un punto cuántico de silicio.

Esta estructura permite que el fotón pueda juntarse de manera segura con el otro componente, provocando que los procesadores cuánticos basados en “spin” estén un paso más cerca. EFE

Fuente: EFE

viernes, 5 de mayo de 2017

Científicos chinos dan salto cuántico en computación

El profesor Lu Chaoyang (c) revisa el estado operativo de la máquina de cómputo cuántico.

Un equipo de científicos chinos construyó la primera máquina de computación cuántica del mundo capaz de superar a los computadores clásicos, o convencionales, en lo que constituye un hito en esta área.

El logro fue anunciado hoy miércoles en una conferencia de prensa en el Instituto de Estudios Avanzados de Shanghai de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. Para muchos expertos, la computación cuántica podría eclipsar en cierto modo el poder de procesamiento de los supercomputadores de hoy en día.

La manipulación de entrelazamiento de multipartículas es el núcleo de la tecnología de computación cuántica, y se ha convertido en el foco de la competición internacional en la investigación de la misma.

Recientemente, Pan Jianwei, uno de los físicos cuánticos más respetados del país y quien es miembro de la Academia de Ciencias de China, junto con sus colegas Lu Chaoyang y Zhu Xiaobo, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, y Wang Haohua, de la Universidad de Zhejiang, establecieron dos récords internacionales en el control cuántico de los números máximos de qubits fotónicos entrelazados y qubits superconductores entrelazados.

Pan dijo que, en principio, los computadores cuánticos pueden resolver ciertos problemas con más rápidez que los clásicos. A pesar de los sustanciales progresos de las dos décadas pasadas, la construcción de máquinas cuánticas que verdaderamente pueden batir a los equipos clásicos en algunas tareas específicas -- un importante hito, denominado "supremacía cuántica" -- sigue siendo un reto difícil de superar.

En la búsqueda de la supremacía cuántica, el muestreo de bosones, un modelo de computador cuántico intermedio (no universal) concentra gran parte de la atención, dado que requiere de menos recursos físicos que aquellos necesarios para construir computadores cuánticos ópticos universales, señaló Pan.

El año pasado, Pan y Lu desarrollaron la mejor fuente fotónica individual del mundo basada en puntos cuánticos semiconductores.

En la actualidad, los dos expertos están utilizando una fuente fotónica individual de alto rendimiento y un circuito fotónico electrónicamente programable para construir un prototipo multifotónico de computación cuántica que desempeñe la tarea del muestreo de bosones.

Los resultados de la prueba muestran que la proporción de muestreo de este prototipo es, por lo menos, 24.000 veces más rápida que la de máquinas similares construidas en otros países, según el equipo de Pan.

Al mismo tiempo, este prototipo es entre 10 y 100 veces más rápido que el primer computador electrónico, ENIAC, y el primer computador de transistores, TRADIC, en la ejecución del algoritmo clásico, según Pan.

La del equipo chino es la primera máquina de computación cuántica basada en fotones individuales que va más allá del computador clásico temprano, y finalmente hace expedito el camino hacia un computador cuántico capaz de derrotar a los clásicos. Este logro fue publicado en Internet en días pasados, en la última edición del sitio especializado Nature Photonics. 

Fuente:laestrella

El chip cuántico de Google superará al mayor superordenador antes de 2018


Un equipo de investigadores de Google, dirigidos por John Martinis, pretende desarrollar un chip cuántico que logre la “supremacía cuántica” en los próximos meses, según leemos en la MIT Technology Review.  Martinis –que, a la hora de poner fecha a su logro, quizás se haya tomado algo haciendo honor a su apellido-  asegura que el dispositivo deberá ser capaz de ejecutar un tipo cálculo que hoy es imposible para cualquier ordenador convencional.


Al margen de la hipótesis de las copas (es broma, Google), una de las razones para la confianza del equipo del gigante digital se basa en que ya ha desarrollado un nuevo chip cuántico para probar las características de diseño claves para elaborar un dispositivo capaz de asumir la prueba en la que competirá en una especie de carrera contra los superordenadores más grandes del mundo.

CHIP CUÁNTICO Y CUBITS

Los chips cuánticos representan los bits de datos en forma de cubits, que permiten realizar cálculos muy complejos gracias a propiedades físicas contrarias a la lógica que ofrece la mecánica cuántica. Gracias a ellas el cúbit es una unidad de información que no tiene el valor de 0 y 1, sino que puede tener los dos valores a la vez en ciertas circunstancias, gracias a la superposición cuántica.

Tal como explicamos ya en Nobbot, ese número de estados posibles va a permitir multiplicar de forma exponencial las capacidades de cálculo de estos equipos. Una potencia que el usuario de a pie, por el momento, no va a aprovechar, pues, para leer el correo, acceder a redes sociales o jugar a juegos, no hace falta un sistema cuántico. Pero en sectores de investigación o de seguridad sí supondrá un paso de gigante.

De momento, la computación cuántica sólo ha sido demostrada con pequeños grupos de cubits. Google ha publicado los resultados de un chip que tiene nueve cubits dispuestos en línea, pero Martinis afirma que necesitará una red de 49 para su experimento de supremacía cuántica. Sin embargo, al margen de la consecución de este reto, estos ordenadores necesitarán tener mucho más que 50 cúbits para ser capaces de ejecutar trabajos útiles.

UN ORDENADOR CON CINCO ÁTOMOS

En 2016, se dio el pistoletazo de salida en esta carrera por la creación de superordenadores cuánticos con la publicación en «Nature» se una investigación en la que se logró fabricar un pequeño ordenador cuántico, constituido por cinco átomos y, por ello, por cinco cubits. Su gran novedad fue que este ordenador era programable.

Se tratará por tanto de un logro más académico que otra cosa aunque, de conseguirse, abrirá un futuro muy esperanzador para la creación de estos ordenadores. Según señala el profesor de la Universidad de Maryland (EEUU) y cofundador de la start-up de computación cuántica IonQ, Chris Monroe, “después, aún será necesario averiguar cómo volverlo más escalable y programable”.

Fuente: nobbot

Físicos diseñan material en 2D que pudiera ser utilizado para la computación cuántica

Investigadores de la Universidad de California Irvine, conjuntamente con colegas de la Universidad de Berkeley, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de la Universidad de Princeton, la Universidad de Fudan y la Universidad de Maryland, exploraron la física que subyace detrás de los estados 2D de nóveles materiales y determinaron que sus hallazgos podrían impulsar a los ordenadores a nuevos niveles de velocidad y potencia.

La investigación se lleva a cabo a temperaturas extremadamente frías y a diferencia de las tecnologías tradicionales basadas en silicio, los portadores de señal no son electrones, sino  Dirac o fermiones de Majorana, un tipo de partículas sin masa que se mueven a casi la velocidad de la luz.

Jing Xia, profesor asociado de física y astrología de la UCI y partícipe del estudio, expresa: “Finalmente, podemos tomar esas exóticas teorías de alto nivel en física y hacer algo útil. Estamos explorando la posibilidad de concebir ordenadores cuánticos topológicos (actualmente teóricos), para los próximos 100 años.”

Uno de los principales retos de este tipo de investigación, es el manejo y análisis de muestras de materiales minúsculos, a sólo dos átomos de espesor, unas cuantas micras de longitud y pocas micras de diámetro. El laboratorio de Xia en la UCI, está equipado con un interferómetro de Sagnac, un microscopio de fibra óptica que él mismo construyó y se considera el microscopio magnético más sensible en el mundo.

Valiéndose de la potente herramienta, los investigadores pudieron observar detalladamente el magnetismo en un microscópico copo de teluro de cromo germánico (CGT); el compuesto, que crearon, fue visto a -387 grados Fahrenheit. CGT es un primo de grafeno, una película de carbono atómico súper delgada. Desde su descubrimiento, se ha considerado al grafeno como un reemplazo potencial para el tradicional silicio, debido a la velocidad a la que las señales electrónicas viajan a través de su superficie casi perfectamente plana, proyectándose su utilización en la confección de computadoras de próxima generación y otros dispositivos.


Pero eso no es todo; ciertos componentes del ordenador, como los sistemas de memoria y almacenamiento, deben estar hechos de materiales que cuenten con ambas propiedades: electrónicas y magnéticas. El grafeno tiene la primera, pero no la segunda. CGT tiene ambas cosas.

Los portadoras de señal en estos superconductores 2D son fermiones de Majorana, que podrían ser utilizados para una operación de trenzado, que los teóricos creen, es vital para la computación cuántica. La cuestión ahora es tratar de lograr esto a temperaturas normales.

En 2012, el laboratorio de Xia entregó a la Agencia Investigación Avanzada de la Defensa, un oscilador de radiofrecuencia en torno a hexaboruro samario. La sustancia es un aislante que en su interior permite que la corriente hecha de fermiones de Dirac, fluya libremente en su superficie 2-D.

Utilizando un aparato especial construido en el laboratorio Xia, los investigadores de UCI aplican deformación por tracción a la muestra samario hexaboruro y manifestaron que podrían estabilizar el estado de la superficie 2-D en menos de 27 grados Fahrenheit.

Xia expresa: “Este trabajo es un gran paso hacia el desarrollo de futuros ordenadores cuánticos a temperatura casi ambiente.”

Fuente:tekcrispy