Consiguen fabricar un diodo superconductor

Un equipo de científicos afirma haber creado el primer diodo superconductor de la historia que puede usarse para crear procesadores convencionales.

 

Investigadores han descubierto la superconductividad unidireccional sin necesidad de utilizar campos magnéticos, lo que podría constituir un momento histórico para el desarrollo de ordenadores superconductores.

Un equipo de científicos afirma haber creado el primer diodo superconductor de la historia que puede usarse para crear procesadores convencionales, algo que se creía totalmente imposible hasta ahora. Según ellos, su descubrimiento tiene el potencial de cambiar el mundo para siempre, abriendo una nueva era de la computación equivalente al salto de los primeros ordenadores de tubos de vacío a los chips de silicio ahora omnipresentes.

El profesor asociado de nanociencia y líder del grupo que ha desarrollado este superconductor en la Universidad de Tecnología Delft, en Holanda, Mazhar Ali dice: "si el siglo XX fue el siglo de los semiconductores, el siglo XXI puede convertirse en el siglo del superconductor".

Ali afirma que “la tecnología que antes sólo era posible utilizando semiconductores ahora se puede fabricar potencialmente con superconductores que utilizan este bloque de construcción”. Según él, “esto incluye ordenadores más rápidos, con una frecuencia en el rango de los terahercios, que es de 300 a 400 veces más rápida que los ordenadores que estamos utilizando ahora. Esto influirá en todo tipo de aplicaciones sociales y tecnológicas”.

El trabajo se ha realizado con "superconductores de alta temperatura", que pueden utilizar nitrógeno líquido para enfriarse. "Muchas tecnologías se basan en versiones antiguas de superconductores JJ, por ejemplo, la tecnología de resonancia magnética. 

Este aumento de la frecuencia y por tanto de la velocidad de proceso es el resultado de las propiedades intrínsecas de los superconductores, que no ofrecen resistencia al paso de corriente como un chip de silicio tradicional. Esto resulta en una disminución radical del calor, al no haber resistencia, no se genera calor como en los semiconductores y una drástica reducción del consumo eléctrico.

De hecho, Ali y su equipo aseguran que, sustituyendo los chips actuales con nuevos chips superconductores, ahorraremos el uso de un 10% de todas las reservas energéticas de occidente.

En los años 70, IBM ya intentó crear procesadores usando superconductores por sus ventajas obvias con respecto a los semiconductores. Después de muchos experimentos y millones de inversión fallaron y sus científicos dijeron que era imposible.

La clave del fracaso está en las propias ventajas de los superconductores. Sin un campo magnético adicional, la corriente no tiene resistencia alguna y va en ambas direcciones, con lo que no puede utilizarse para construir circuitos. Por el contrario, los elementos semiconductores tienen un dipolo eléctrico interno fijo de forma natural que permite que la corriente fluya en una dirección exclusivamente. Esto hace que elementos como el silicio puedan actuar como circuitos electrónicos.

Según el estudio publicado en el prestigioso diario científico Nature, la clave está una vez más en las propiedades de los materiales cuánticos.

Según Ali, reemplazaron el material metálico usado en las barreras que separan los superconductores de las Uniones Josephson, un circuito de mecánica cuántica usado para construir computadores cuánticos,  con una barrera de material cuántico llamado Nb3Br8. Así lo explica Ali: "Pudimos retirar solo un par de capas atómicas de este Nb3Br8 y crear un sándwich muy, muy fino de solo unas pocas capas atómicas de grosor, que era necesario para fabricar el diodo Josephson, y que no era posible con los materiales 3D normales"

Éste es un material bidimensional de apenas un par de capas atómicas que hace que el diodo tenga la capacidad forzar la corriente en una dirección con resistencia cero pero que ofrece una resistencia imposible de vencer en el otro sentido.

Como describe Ali, el dispositivo se puede comparar con la invención de un hielo mágico que ofrece cero fricción al patinar hacia adelante pero que ofrece una fricción tan enorme hacia el lado opuesto que hace imposible que patines hacia atrás.

Ali asegura que, una vez consigan incrementar la temperatura operativa de estos diodos podrán comenzar la construcción comercial de nuevos procesadores con superconductores. Por ahora han conseguido fabricar varios nanodispositivos en el laboratorio sin problemas, con resultados consistentes.

“El siguiente paso es investigar cómo producir millones de esos diodos Josephson en un chip”, afirma Ali. Al contrario que las tecnologías cuánticas, un chip fabricado con estos diodos superconductores podría usarse de forma directa en computadoras ordinarias. No requerirían ni de lógica especial ni ninguna otra modificación: sencillamente se comportaría como un procesador normal corriendo a una frecuencia de varios terahercios en vez de un par de gigaherzios.

Por eso estos nuevos chips pueden revolucionar la informática a corto plazo, dice Ali, incrementando vertiginosamente la capacidad de proceso a la vez que recortan el consumo de energía global. Algo que puede inaugurar una nueva era tecnológica en el siglo XXI.

Referencia:

Heng Wu. et al. The field-free Josephson diode in a van der Waals heterostructure. Nature. 2022. doi.org/10.1038/s41586-022-04504-8

 

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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