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Electrónica
Calor Electrónico
11
de Junio de 2003.
 Los
ordenadores de sobremesa pueden generar suficiente calor como para, en
casos extremos, llegar a incendiarse. Los ingenieros conocen bastante
bien cómo controlar las cargas eléctricas en los circuitos, pero tienen
grandes dificultades a la hora de librarse del calor producido por los
electrones al circular. Lo que desconocemos casi completamente es cómo
generan calor los electrones individuales.
Un nuevo dispositivo desarrollado por Robert Blick, de la University of
Wisconsin-Madison, podría resolver esta cuestión, además de
proporcionarnos información sobre la aplicación del mundo cuántico en
comunicaciones y computación.
Blick, junto a sus colegas Eva Hoehberger y Werner Wegscheider, ha
desarrollado algo parecido a un trampolín increíblemente pequeño para
que los electrones solos reboten en él. Opera como un átomo artificial,
o una membrana, suspendido sobre una cavidad semiconductora.
La herramienta permitirá, por primera vez, estudiar con detalle la
influencia de la disipación del calor en el transporte de electrones
individuales en transistores. El dispositivo mide sólo 100 nanómetros de
ancho y actúa, de alguna forma, como lo haría una pequeñísima guitarra.
La cuerda de una guitarra convencional vibra a varios miles de ciclos
por segundo. Si redujéramos su tamaño hasta varios centenares de
nanómetros, vibraría a una velocidad que se halla en el régimen de los
gigahercios (alrededor de los mil millones de ciclos por segundo).
A esta escala, el movimiento en la cuerda (o la membrana suspendida, en
el caso de este nuevo aparato) es increíblemente pequeño. Blick dice que
los efectos de la disipación del calor aparecerán como vibraciones de
los átomos artificiales en suspensión. El movimiento causará un cambio
en el voltaje que los investigadores podrán medir.
El método permite estudiar una gran variedad de sistemas electrónicos,
comenzando con el flujo bidimensional de electrones, común en muchos
transistores de hoy en día. Dicho flujo será reducido en primer lugar a
un canal donde los electrones fluirán en una única dirección, y
finalmente, se ajustará el dispositivo hasta alcanzar un estado de
dimensión cero (transistor de un único electrón). Podremos entonces
hacer rebotar estos electrones individuales, de forma muy controlada, y
ver cómo envían energía sobre estas membranas tan delgadas.
Los resultados permitirán optimizar la tecnología utilizada actualmente,
limitada por la disipación del calor. A más largo plazo, podría
revelarnos importantes secretos que posibiliten explotar el potencial de
la computación y las comunicaciones cuánticas.
En un ordenador convencional, la existencia de un grupo de electrones
nos aparece como una carga negativa, que representa el estado “cero” de
la lógica binaria (bit). Cuando dicha carga no está presente, obtenemos
el estado “uno”. En un ordenador cuántico, sin embargo, interviene la
mecánica cuántica de los electrones, que puede utilizarse para definir
los llamados bits cuánticos o “qubits”. A diferencia de los bits, los
qubits pueden existir simultáneamente en más de un estado. Esto permite
a los ordenadores cuánticos calcular a un tiempo todas las posibles
soluciones de un problema complejo, en vez de hacerlo de forma
secuencial, como los ordenadores convencionales. Pero para poder
desarrollar computadoras cuánticas, necesitamos comprender bien qué
representa información y cómo sacarla del aparato.
El sistema de Blick, ajustado al estado de dimensión cero, nos ayudará a
profundizar en esta comprensión, porque permitirá observar un electrón
individual cerca del nivel qubit, a medida que se aproxima a lo que se
llama “principio de incertidumbre de Heisenberg”, la ley de la
naturaleza que indica que tan pronto como intentamos determinar las
características de una partícula cuántica, dejamos de saber dónde va,
dado que nuestra acción provoca un cambio en su condición.
Información adicional en:
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