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Nanotecnología

Por Michio Kaku

La nanotecnología nos ha dado las herramientas precisas para jugar con el cajón de los juguetes fundamentales y últimos de la naturaleza: los átomos y las moléculas. Todo está hecho con átomos y moléculas, y las posibilidades de crear cosas nuevas son ilimitadas.

Horst Stormer, Premio Nobel


Otro premio nobel Richard Smalley ha dicho: “el grandioso sueño de la nanotecnología es poder construir con los átomos como si estos fueran ladrillos”. Philip Kuekes, de Hewlett-Packard, ha dicho: “ En definitiva, el objetivo no se reduce solo a hacer ordenadores del tamaño de partículas de polvo. La idea sería hacer ordenadores sencillos del tamaño de las bacterias. De este modo, podríamos tener dentro de una partícula de polvo algo tan poderoso como lo que tenemos ahora encima de la mesa”.

No se trata de esperanzas de unos visionarios alucinados. El gobierno de EE.UU. se lo toma muy en serio. En 2009, a causa del inmenso potencial de la nanotecnología para aplicaciones médicas, industriales, aeronáuticas y comerciales, la iniciativa nacional en Nanotecnología asigno 1500 millones de dólares para investigación. El informe sobre Nano tecnología de la Fundación Nacional de la Ciencia, emitido por el gobierno, afirma: “La nanotecnología tiene el potencial de mejorar el rendimiento humano, aportar un desarrollo sostenible en relación con materiales, agua, energía y alimentos, proteger contra bacterias y virus desconocidos….”

En última instancia, la economía mundial y el destino de las naciones puede depender de esto. Hacia 2020, o poco más tarde, la ley de Moore empezara a fallar y quizá acabe por desplomarse. La economía mundial puede acabar sumida en el caos, a menos que los físicos encuentren un sustituto adecuado de los transistores de silicio para accionar los ordenadores. La solución de este problema puede llegar a través de la nanotecnología.
Quizás a finales de este siglo, la nanotecnología podría también crear una máquina para una cosa que solo los dioses pueden hacer: crear algo a partir de prácticamente la nada.

El mundo cuántico

El primero que llamo la atención sobre este nuevo dominio de la física fue el premio Nobel Richard Feynman, que planteo una pregunta simple: ¿Cómo de pequeña podemos hacer una maquina?. No se trataba de una pregunta retórica. Los ordenadores se iban haciendo cada vez más pequeños, con lo cual el aspecto de la industria estaba cambiando, y resultaba evidente que la respuesta a aquella pregunta podía tener un enorme impacto en la sociedad y la economía.

Pensemos ¿Cuál es la razón por la que las rutas en lugares de mucho frio y nieve tienen muchos baches?. Cada invierno el agua se filtra en las diminutas fisuras del asfalto; el agua se expande al congelarse, haciendo que el asfalto se parta y aparezca un bache. Sin embargo, va en contra del sentido común pensar que el agua se expande al congelarse. Pero se expande a causa del enlace de hidrogeno. La molécula de agua tiene una pequeña carga negativa en su parte inferior y una carga positiva en su parte superior. Por lo tanto, cuando el agua se congela, y sus moléculas se apilan, estas se expanden, formando una retícula regular de hielo con mucho espacio entre las moléculas. Las moléculas de agua se colocan formando hexágonos. Así pues, el agua se expande al helarse porque en un hexágono hay más espacio entre los átomos. Esta es también la razón por la cual los copos de nieve tienen 6 lados y explica porque el hielo flota sobre el agua, cuando por derecho propio tendría que hundirse.

¿Por qué no podemos atravesar los objetos sólidos, como hacen los fantasmas? La respuesta está en un curioso fenómeno cuántico. El principio de exclusión de Pauli afirma que no existen dos electrones que se encuentren en el mismo estado cuántico. Por consiguiente. Cuando dos electrones casi idénticos se acercan demasiado el uno al otro se produce una repulsión mutua. Esa es la razón por la que los objetos parecen sólidos, aunque se trata de una ilusión. La realidad es que la materia está básicamente vacía.

Cuando estamos sentados en una silla, creemos que la tocamos, pero en realidad estamos suspendidos sobre ella, flotando a menos de un nanómetro sobre el asiento, porque las fuerzas eléctricas y cuánticas de la silla nos repelen. Esto significa que, siempre que “tocamos” algo, no estamos en contacto directo con ello, sino separados por esas leves fuerzas atómicas.

En realidad, cuando dos átomos se aproximan demasiado el uno con el otro o bien salen disparados porque se repelen mutuamente, o se combinan para formar una molécula estable. La razón por la que los átomos tienen la posibilidad de formar moléculas estables es que los dos átomos pueden compartir electrones. Normalmente, la idea de que dos átomos puedan compartir un electrón suena absurda. Es imposible si el electrón obedece las leyes de Newton, que concuerdan con lo que dicta el sentido común. Sin embargo, a causa del principio de incertidumbre de Heisenberg, nunca sabemos con exactitud donde se encuentra el electrón. Lo que sucede es que anda apretujado entre dos átomos y los mantiene unidos.

Principios de la teoría cuántica:

• Es imposible conocer la velocidad y la ubicación exactas de cualquier partícula: siempre hay incertidumbre.

• En cierto sentido, una partícula puede estar en dos lugares a la vez.

• Todas las partículas existen como mezclas de diferentes estados simultáneamente; por ejemplo, las partículas que giran pueden ser mezclas de partículas cuyos ejes determinan al mismo tiempo dos estados: espín hacia arriba y espín hacia abajo.

• Podemos desaparecer y luego reaparecer en algún otro lugar.



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Mecanica cuántica


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Nano atomos

Teoria cuantica



Todas estas afirmaciones suenan absurdas. De hecho, Einstein dijo en una ocasión: “Cuanto más acertada es la teoría cuántica, más absurda parece”. Nadie sabe de dónde vienen esas leyes extrañan. Son meros postulados sin explicaciones alguna. La teoría cuántica tiene una sola cosa a su favor: es correcta. Su precisión se ha medido hasta una diezmilmillonésima, lo que la convierte en la teoría física más acertada de todos los tiempos.

Átomos en movimiento

¿Fabricar una molécula átomo a átomo?. Tuve ocasión de ver todo esto de cerca cuando visite el Centro de Investigación Almaden de IBM en San José, California. Fui allí para observar un instrumento extraordinario, el microscopio de efecto túnel, que permite a los científicos ver y manipular los átomos de uno en uno. Este aparato fue inventado por Gerd Binnig y Heinrich Rohrer, de IBM, que obtuvieron por dicho invento el premio Nobel en 1986.

El microscopio de efecto túnel no es realmente un microscopio en absoluto. Se parece a un antiguo tocadiscos. Una fina aguja (cuya punta es del tamaño de un átomo) pasa lentamente sobre el material que se está analizando. Una suave corriente eléctrica viaja desde la aguja, a través del material, hasta la base del instrumento. Cuando la aguja pasa sobre el objeto, la corriente eléctrica cambia ligeramente cada vez que pasa por un átomo. Después de múltiples pasadas, el aparato imprime el sorprendente bosquejo del propio átomo. Utilizando una aguja idéntica, el aparato no solo es capaz de registrar los átomos, sino también de moverlos. De este modo, pueden formarse letras, como las iniciales IBM e incluso diseñar de hecho aparatos primitivos con átomos.

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Microscopio de efecto túnel y visión del grafeno, sustituto del silicio


Otro invento reciente es el microscopio de fuerza atómica, que puede darnos unas alucinantes imágenes tridimensionales de conjuntos de átomos. Este microscopio también utiliza una aguja con una punta muy fina, pero proyecta un rayo láser sobre ella. Al pasar sobre el material que se está estudiando, la aguja oscila y este movimiento es registrado por la imagen de rayo láser.

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Microscopio de Fuerza atomica


Me pareció que mover los átomos individualmente resultaba bastante sencillo. Yo estaba sentado frente a una pantalla de ordenador, mirando una serie de esferas blancas, cada una de las cuales se parecía a una pelota de ping pong de unos dos centímetros y medio de diámetro. En realidad, cada bola era un átomo. Coloque el cursor sobre uno de aquellos átomos y luego lo moví a otra posición. Pulse la tecla que activaba la aguja para que esta moviera el átomo. El microscopio volvió a escanear la sustancia en cuestión. La pantalla cambio, mostrando que la bola se había movido exactamente al lugar donde yo deseaba que estuviese.

El proceso completo de mover cada átomo a la posición deseada tardaba solo un minuto. De hecho, en unos 30 minutos descubrí que podía formar algunas letras que aparecían en la pantalla y estaban hechas de átomos individuales. Al cabo de una hora logre hacer dibujos bastantes complejos en los que intervenían unos 10 átomos. Haber hecho esto después que se me enseño toda mi vida que nunca vería un átomo por su tamaño, me dejo absolutamente impresionado.

MEMS y nanopartículas

Aunque la nanotecnología está en su infancia ha generado una industria en expansión dedicada a recubrimientos químicos. Rociando finas capas de productos químicos de solo unas pocas moléculas de espesor sobre un producto comercial es posible hacerlo más resistente a la oxidación o cambiar sus propiedades ópticas. Actualmente otras aplicaciones comerciales son ropas resistentes a las manchas, pantallas de ordenador mejoradas, herramientas más fuertes para el corte de metales y recubrimientos resistentes al rayado.

En su mayor parte la nanotecnología es aún una ciencia muy joven. Pero hay un aspecto de esta ciencia que está empezando ahora a afectar las vidas de todos nosotros y ya ha creado una lucrativa industria que factura 40000 millones de dólares en todo el mundo: la industria de los sistemas microelectromecánicos (MEMS: microelectromechanical systems). En esta industria están incluidos todo tipo de productos, desde cartuchos de inyección de tinta, sensores de airbag y pantallas luminosas, hasta giroscopios para autos y aviones. Los MEMS son aparatos diminutos, tan pequeños que pueden encajar fácilmente en la punta de una aguja. Se fabrican usando la misma tecnología de grabado que se utiliza en la fabricación de ordenadores. En vez de grabar transistores, los ingenieros graban unos diminutos componentes mecánicos, creando así unas piezas de maquinaria tan pequeñas que se necesita un microscopio para verlas.

Los científicos han realizado una versión atómica del Abaco, la venerable herramienta de cálculo asiática que se compone de varias columnas verticales de alambres en los que van ensartadas cuentas de madera. En 2000, unos científicos del Laboratorio IBM en Zúrich hicieron una versión atómica del Abaco manipulando átomos con un microscopio de efecto túnel. En vez de cuentas de madera que subían y bajaban por los alambres verticales, el Abaco atómico usaba buckyballs (O balones de Bucky. Se trata del buckminsterfullereno o fullereno C60: una nanoestructura compuesta por 60 átomos de carbono organizados en un volumen cerrado y simétrico con caras pentagonales que recuerda a una pelota de futbol o a un domo geodésico. Se llama así en honor al ingeniero y arquitecto Buckminster Fuller, autor de trabajos en los que exploraba las posibilidades de los domos geodésicos). Estas tienen 5000 veces menos diámetro que un cabello humano.

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Video Nano

En Cornell los científicos han llegado a crear una guitarra atómica. Tiene 6 cuerdas y cada cuerda está formada por 100 átomos. Colocándolas una tras otra, veinte de estas guitarras cabrían en un pelo humano. La guitarra es real, con cuerdas reales que pueden puntearse (aunque la frecuencia de esta guitarra atómica es demasiado alta para que pueda oírla un oído humano).

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Guitarra nano


Pero la aplicación más práctica de esta tecnología se encuentra en los airbags, que contienen diminutos acelerómetros MEM capaces de detectar un frenado repentino de un auto. El acelerómetro MEM está formado por una bola microscópica unida a un muelle o palanca. Cuando damos un frenazo, la desaceleración repentina produce una sacudida en la bola, cuyo movimiento genera una diminuta carga eléctrica. Esta carga desencadena entonces una explosión química que libera grandes cantidades de gas nitrógeno en 1/25 segundo. Esta tecnología ha salvado ya miles de vidas.

Nanomáquinas en nuestros cuerpos

En un futuro cercano es de esperar que surja una nueva variedad de nano dispositivos que pueden revolucionar la medicina, tales como nanoaparatos que hagan un recorrido a través del flujo sanguíneo. En la película “el viaje fantástico” una tripulación de científicos y el barco en que viajan quedan miniaturizados hasta alcanzar el tamaño de un glóbulo rojo. Entonces se embarcan en un viaje por el flujo sanguíneo y el cerebro de un paciente, descubriendo así una serie de angustiosos peligros dentro de su cuerpo. Uno de los objetivos de la nanotecnología es crear cazadores moleculares que acudan velozmente a las células cancerosas y las destruyan limpiamente, dejando las células normales intactas. Los escritores de ciencia ficción han soñado desde hace mucho con un aparato molecular de búsqueda y destrucción que flote por la sangre, buscando constantemente células cancerosas. Sin embargo, en otro tiempo las mentes criticas consideraban que esto era imposible, un sueño con el que entretenían su ocio los escritores de ciencia ficción.

Parte de ese sueño se está haciendo realidad hoy en dia. En 1992, Jerome Schentag, de la universidad de Buffalo, invento la píldora inteligente, que ya he mencionado, y que es un diminuto instrumento del tamaño de una píldora, que tragamos y al que se puede hacer un seguimiento electrónicamente. Entonces se dan instrucciones para que suministre medicamentos en el lugar adecuado. Se han fabricado píldoras inteligentes que contienen cámaras de televisión para fotografiar el interior del cuerpo a medida que bajan por el estómago y el intestino. Se pueden utilizar imanes para guiar estas píldoras. De esta manera, el dispositivo en cuestión puede buscar pólipos y tumores. En el futuro será posible realizar operaciones de cirugía menor mediante estas píldoras, extirpando cualquier cosa anormal y haciendo biopsias desde el interior, sin necesidad de seccionar piel.

Cualquiera que haya experimentado los horribles efectos secundarios de la quimioterapia comprenderá el enorme potencial que tiene una nanopartícula para reducir sufrimiento humano. La quimioterapia actúa bañando todo el cuerpo con toxinas mortales, con una eficiencia para matar células cancerosas ligeramente superior a la que tiene para matar células normales. El daño colateral que produce es general. Los efectos secundarios (nauseas, caída del cabello, pérdida de fuerza etc.) son tan graves que algunos pacientes preferirían morir de cáncer antes que someterse a esa tortura.

Las nanopartículas pueden cambiar todo esto. Algunos medicamentos como los de quimioterapia se colocaran dentro de una molécula configurada como una capsula. La nanopartícula se pone luego en circulación en el flujo sanguíneo, hasta que encuentra su destino concreto y allí libera su medicamento. La clave de estas nanopartículas es su tamaño entre 10 y 100 nanómetros, demasiado grandes para penetrar en un glóbulo rojo, por lo que evitan los glóbulos rojos normales sin dañarlos. Pero las células cancerosas son diferentes; sus paredes están llenas de grandes poros irregulares. Las nanopartículas pueden entrar libremente en el interior de las células cancerosas y depositar allí su medicamento, dejando intactos los tejidos sanos. En consecuencia, los médicos no necesitan complicados sistemas de orientación para dirigir las nanopartículas hacia su objetivo. Estas nanopartículas se acumularan de forma natural en cierto tipo de tumores cancerosos.

Otro ejemplo es el de las nanopartículas creadas por científicos de BIND Biosciences en Cambridge, Massachusetts. Sus nanopartículas están hechas de ácido poliláctico y ácido copoliláctico/ácido glicolico, que pueden contener medicamentos dentro de una malla molecular. Esto crea la carga de la nanopartícula. El sistema de guía de la nanopartícula son los péptidos que la recubren y la vinculan específicamente con la célula que es su objetivo.

Lo que resulta especialmente atractivo en este trabajo es que estas nanopartículas se forman por si mismas, sin requerir fábricas o laboratorios químicos complicados. Los distintos compuestos químicos se mezclan entre sí lentamente, en la sucesión adecuada, en condiciones muy controladas, y las nanopartículas se ensamblan por si mismas.

“Dado que el autoensamblaje no requiere numerosos pasos químicos complicados, las partículas son muy fáciles de fabricar. Podemos fabricarlas por kilos, cosa que nadie más ha hecho”, dice Omid Farokhzad, un médico de la Facultad de Medicina de Harvard, que trabaja para BIND. Estas nanopartículas han demostrado ya que son efectivas contra tumores de próstata, mama y pulmón en las ratas. Utilizando tintes de colores, es posible comprobar que las nanopartículas se acumulan en los órganos en cuestión, liberando su carga del modo deseado. Los ensayos clínicos con pacientes humanos comenzaran dentro de unos pocos años.

La búsqueda de las celulosas cancerosas

Estas nanopartículas no solo pueden buscar células cancerosas y depositar medicamentos para matarlas, sino que son realmente capaces de matarlas al instante. El principio que subyace en esto es muy sencillo. Estas nanopartículas pueden absorber luz de una determinada frecuencia. Si se proyecta un láser sobre ellas, se calientan o vibran, destruyendo todas las células cancerosas que haya en su proximidad por el procedimiento de romper las paredes de dichas células. Por lo que la clave está en conseguir que las nanopartículas se acerquen suficientemente a las células cancerosas.

Hay varios grupos que ya han desarrollado prototipos. Unos científicos del Laboratorio Nacional Argonne y de la Universidad de Chicago han creado nanopartículas de dióxido de titanio (el dióxido de titanio es una sustancia química corriente que se encuentra en los protectores solares). Este grupo descubrió que podían vincular estas nanopartículas a un anticuerpo que busca de forma natural ciertas células cancerosas llamadas glioblastoma multiforme (GBM). Por consiguiente estas nanopartículas llegan hasta las células haciéndose transportar por el anticuerpo. Entonces se enciende durante 5 minutos una luz blanca que calienta y finalmente mata las células cancerígenas. Los estudios demostraron que pueden destruirse hasta un 80% de las células cancerosas pueden destruirse de este modo.

Estos mismos científicos han desarrollado también un segundo procedimiento para matar células cancerosas. Fabricaron unos diminutos discos magnéticos que pueden vibrar violentamente. Una vez que estos discos son conducidos hasta las células cancerosas, se pueden hacer pasar por ellos un pequeño campo magnético externo que les hace agitarse y rasgar las paredes celulares del cáncer. En las pruebas realizadas se consiguió matar un 90% de las células cancerosas tras solo diez minutos de vibración.

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Esfera vibradora magnetica


Chips de ADN

Como ya he mencionado, la clave de esto es el “laboratorio en un chip”. En 1997, la empresa Affymetrix puso en el mercado el primer chip comercial de ADN que podía analizar rápidamente 50000 secuencias de ADN. En 2000 estaban disponibles 400000 pruebas de ADN por unos pocos miles de dólares. En 2002 los precios habían caído hasta 200 dólares por unos chips aún más potentes. Los precios continúan cayendo hasta llegar a unos pocos dólares a causa de la ley de Moore.

La tecnología de grabado estándar graba unos chips que contienen 78000 espigas microscópicas (cada una de una altura de 100 micras). Al mirar uno de estos chips mediante un microscopio electrónico, se ve como un bosque de espigas redondas. Cada espiga está recubierta con un anticuerpo contra las moléculas de adhesión a células epiteliales (EpCAM: epithelial cell adhesion molecule), que se encuentran en muchos tipos de células cancerosas se comuniquen entre si mientras forman un tumor. Cuando la sangre pasa por el chip, las CTC, se adhieren a las espigas redondas. En diversos ensayos clínicos, el chip ha logrado detectar canceres en 115 de 116 pacientes.

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Procesador de ADN

Nanotubos de carbono

Los nanotubos de carbono están hechos de átomos de carbono unidos de uno en uno para formar un tubo. Imaginemos un alambre de gallinero donde cada unión de la malla de alambre es un átomo de carbono. Luego se enrolla esa malla a modo de tubo, y ya tenemos la forma geométrica de un nanotubo de carbono.
Los diamantes están hechos de carbono puro, pero son el mineral más duro que se encuentra en la naturaleza. En los diamantes los átomos de carbono están ordenados en una estructura cristalina apretada y bien trabada, que es lo que da a este mineral su extraordinaria resistencia. De manera similar, los nanotubos de carbono deben su sorprendentes propiedades a su estructura atómica regular.

Los nanotubos de carbono ya se están abriendo paso en la industria. A causa de su conductividad pueden utilizarse para fabricar cables que transportan grandes cantidades de energía eléctrica. Por lo que el futuro del cobre pierde relevancia, en cuanto a la industria eléctrica. Por su resistencia pueden utilizarse para crear sustancias aún más duras que el Kevlar.

Pero será tal vez en la industria informática donde un dia se dé la aplicación más importante del carbono. El carbono es uno de los candidatos a suceder al silicio como base de la tecnología informática.

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Estructura y foto de nanotubos de carbono


Transistores atómicos

Un posible sustituto de los chips de silicio son los transistores hechos de átomos individuales. Si los transistores de silicio fallan porque los cables y las capas de un chip se van reduciendo en tamaño hasta la escala de átomos, entonces ¿Por qué no empezar todo desde el principio y calcular en átomos?.

Un modo de hacer esto es usar transistores moleculares. Un transistor es un interruptor que permite controlar el flujo de corriente eléctrica que pasa por un cable. Cabe la posibilidad de sustituir un transistor de silicio por una sola molécula de sustancias químicas tales como el rotaxano y el bencenotiol. Si miramos una molécula de bencenotiol, su aspecto es del largo tubo que tiene en el centro un “botón” o válvula hecha de átomos.

Normalmente, la electricidad fluye libremente por el tubo, convirtiéndolo en un conductor. Pero también es posible girar el “botón”, con lo que se corta el flujo de electricidad. De este modo, la molécula actúa toda ella como un interruptor que puede controlar el paso de la corriente. En una posición , el interruptor permite que pase la corriente, lo cual representa el “1”, si se gira el botón corta la corriente lo que representa el “0”. De esta manera se envían mensajes digitales utilizando moléculas.

Una prometedora sustancia candidata a transistor molecular es el grafeno. En 2004 Andre Geim y Kostya Novosiolov de la Universidad de Manchester, aislaron por primera vez esta sustancia a partir de grafito, por lo que obtuvieron el premio nobel. El grafeno es como una sola capa de grafito. A diferencia de los nanotubos de carbono, que son hojas de átomos de carbono enrolladas para formar tubos largos y estrechos, el grafeno es una sola hoja de carbono con no más de un átomo de espesor. El grafeno es el material más resistente que la ciencia ha probado. Si ponemos un elefante sobre un lápiz y hacemos que este lápiz oscile sobre una hoja de grafeno, la hoja no se rompe.

Los transistores de grafeno son tan pequeños que pueden ser el limite definitivo para los transistores moleculares. Si se hace alguno más pequeño, el principio de incertidumbre interviene y los electrones escapan al transistor, destruyendo sus propiedades.

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Memoria de Grafeno


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Transistor de Grafeno

Aunque son varios los posibles candidatos a convertirse en transistores moleculares, el problema está en cómo cablearlos y ensamblarlos en un producto que sea comercialmente viable. No basta con crear un solo transistor molecular. Los transistores moleculares tienen fama de ser difíciles de manipular, ya que pueden ser miles de veces más finos que un pelo humano. Es una pesadilla pensar en los posibles modos de producirlos en masa. Hoy por hoy la tecnología no está aún a la altura.


Ordenadores cuánticos


La propuesta más ambiciosa es utilizar ordenadores cuánticos que calculen y procesen realmente con los propios átomos. Algunos afirman que los ordenadores cuánticos son los ordenadores definitivos, ya que el átomo es la unidad más pequeña con la que se puede calcular.

En el extraño mundo cuántico un átomo gira, en cierto sentido, hacia arriba y hacia debajo de forma simultánea. Por consiguiente, un átomo puede contener mucho más información que un 0 y un 1. Puede expresar una mezcla de ceros y unos. Así, los ordenadores cuánticos utilizan “qubits” en vez de bits. Por ejemplo el átomo puede estar girando con espín hacia arriba en un 25% y con espín hacia abajo en un 75%. De esta manera, un átomo que gira puede almacenar una cantidad de información muchísimo mayor que un solo bit.

Los ordenadores cuánticos no son ciencia ficción, porque hoy en dia ya existen. De hecho, tuve ocasión de ver por mí mismo un ordenador cuántico cuando visite el laboratorio del MIT donde trabaja Seth Lloyd, uno de los pioneros en este campo. Su laboratorio está lleno de ordenadores, bombas de vacio y sensores, pero el núcleo de su experimento es un aparato que se parece a un escáner de IRM, solo que de mucho menor tamaño. Como el aparato de IRM, este artilugio tiene dos grandes bobinas de cable que crean un campo magnético uniforme en el espacio que queda libre entre ellas. En este campo magnético uniforme en el espacio que queda libre entre ellas. En este campo magnético uniforme Lloyd coloca el material de la muestra. Los átomos que hay dentro de esta se alinean, como peonzas que giran. Si el átomo apunta hacia arriba, corresponde a un 0. Si señala hacia abajo, corresponde a un 1. A continuación, Lloyd envía un impulso electromagnético hacia la muestra, con lo que cambia el alineamiento de los átomos. Algunos de estos dan un vuelco y así un 1 se convierte en 0. De esta manera, el aparato ha realizado un cálculo.

El gran obstáculo de este tipo de ordenadores son las interferencias externas, el paso de un rayo cósmico o el retumbe de un camión fuera del laboratorio pueden destruir el delicado alineamiento giratorio de los átomos y arruinar los cálculos.


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Procesador cuantico


Otros tipos de ordenadores:

• Ordenadores ópticos: estos ordenadores calculan con haces luminosos en vez de electrones. Dado que los haces de luz pueden pasar los unos a través de los otros, los ordenadores ópticos tienen la ventaja de que pueden ser cúbicos y sin cables. Además, es posible fabricar láseres utilizando las mismas técnicas litográficas que en los transistores ordinarios, por lo que en teoría se pueden tener millones de láseres en un chip.

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Transistor optico



• Ordenadores de puntos cuánticos: Los semiconductores utilizados en los chips pueden grabarse en puntos diminutos, tan pequeños que son quizá una colección de 100 átomos. Estos átomos pueden empezar entonces a vibrar al unísono. En 2009 se hizo el punto cuántico más pequeño del mundo con un solo electrón. Estos puntos cuánticos han demostrado ya su utilización en los diodos emisores de luz y en los monitores de los ordenadores. En el futuro, si estos puntos cuánticos se organizan adecuadamente, podrían incluso servir para la creación de un ordenador cuántico.


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Transistor de puntos cuánticos


• Ordenadores de ADN: En 1994, en la Universidad del Sur de California, se creó el primer ordenador hecho de moléculas de ADN. Dado que un hilo de ADN codifica información en los aminoácidos representados por las letras A,T,C y G en vez de codificarla con ceros y unos, el ADN puede considerarse como una cinta magnética corriente de ordenador, salvo por el hecho de que puede almacenar más información. Del mismo modo que un ordenador puede manipular y reordenar un gran numero digital, también pueden realizarse manipulaciones análogas mezclando tubos de fluidos que contienen ADN, ya que este puede cortarse y empalmarse de diversas maneras. Aunque el proceso es lento, el hecho de que haya tantos billones de moléculas de ADN actuando simultáneamente hace que un ordenador de ADN pueda resolver determinados cálculos de una manera más ventajosa que un ordenador digital. Aunque un ordenador digital tiene muchas ventajas y puede colocarse dentro de un celular, los ordenadores de ADN son más engorrosos porque requieren hacer mezclas con tubos de líquido que contienen ADN.

Cambios de forma

En la película Terminator 2 vemos como la materia se hace liquida y luego se reordena y toma forma a voluntad, uno dice: ciencia ficción.
Bueno no es tan así, una pantalla de LCD contiene un cristal líquido que se vuelve opaco cuando se le suministra una pequeña corriente eléctrica. Así, regulando la corriente eléctrica que fluye dentro del cristal líquido, se puede crear colores y formas en una pantalla pulsando un botón.

Los científicos de Intel son mucho más ambiciosos. Se proponen utilizar materia programable para cambiar de manera real la forma de un objeto sólido, exactamente igual que en la ciencia ficción. La idea es sencilla: se trata de crear un chip informático con la forma de un diminuto grano de arena. Estos granos de arena inteligentes cambiar la carga de electricidad estática de la superficie, de modo que los granos puedan atraerse o repelerse entre sí. Con un conjunto determinado de cargas, estos granos se alinean para colocarse en una determinada formación. Pero podemos reprogramarlos de tal manera que sus cargas eléctricas cambien, con lo cual se colocan en formación totalmente diferente. Estos granos se llaman “cátomos” (catoms: una contracción de claytronic atoms, el nombre de este nuevo campo de la ingeniería, la claytronica es una contracción de clay= arcilla y electronic= electrónica), ya que pueden formar una amplia variedad de objetos sin más que cambiar sus cargas, de una manera muy parecida a lo que hacen los átomos. Uno de los promotores de esta tecnología es Jason Campbell, un veterano investigador de Intel. Campbell dice: “pensemos en un dispositivo portátil. Mi celular es demasiado grande para caber en mi bolsillo y demasiado pequeño para mis dedos. Es aun peor cuando intento ver películas o gestionar mi correo electrónico. Pero si yo tuviera entre 200 y 300 mililitros de cátomos podría darle la forma del aparato que necesito en cada momento”.

En sus laboratorios Intel ha creado ya una formación de cátomos que miden unos dos centímetros y medio. El cátomo se parece a un cubo con muchos electrodos diminutos repartidos de manera uniforme por sus caras. Lo que hace único al cátomo es que se puede cambiar la carga de cada uno de sus electrodos, de modo que los cátomos se unan con otros en distintas orientaciones. Con un conjunto determinado de cargas, los cubos podrían combinarse para crear un gran cubo. Cambiando las cargas en cada electrodo, los cátomos se desarman y vuelven a organizarse para configurar una forma totalmente diferente, como podría ser la de un barco.
Esto podría tener un efecto tremendo en la productos de consumo. Los juguetes, por ejemplo, pueden programarse para cambiar su forma, insertando nuevas instrucciones con un programa informático. Así en navidad bastaría con descargar el programa informático de un nuevo juguete, reprogramar el viejo, y aparecería un juguete totalmente diferente. En vez de abrir los juguetes debajo del árbol, los niños podrían celebrar la Navidad descargando el programa que Papa Noel les envió por correo electrónico para que tengan su juguete favorito. Los cátomos que componen el juguete del año pasado se convierten así en lo más nuevo y demandado del mercado. Esto significa que una amplia gama de productos comerciales puede reducirse a un surtido de programas informáticos enviados a través de internet. En vez de contratar un camión para que nos traiga el mobiliario y los electrodomésticos nuevos, podremos simplemente descargar de internet los correspondientes programas informáticos y reciclar nuestros viejos trastos.


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Catomos y su uso

Una pregunta que se cae de madura seria:¿ cómo podría dar instrucciones detalladas a miles y miles de millones de cátomos, para que, por ejemplo un refrigerador se convierta en un horno?. Todo parecería la pesadilla de un programador. Pero no es así. No es preciso dar instrucciones detalladas a cada uno de los cátomos. Solo necesitan saber cuáles son los vecinos con que debe unirse. Si cada cátomo tiene instrucciones para unirse con un pequeño grupo de cátomos vecinos, todos los cátomos terminan reordenándose por sí mismos como por arte de magia, formando estructuras complejas.


EXTRAIDO DEL LIBRO "LA FISICA DEL FUTURO"

4 comentarios - Nanotecnología

@RickyRiver
tremendo post , lastima que ya no le dan mucha bola a estos post , te debo 10