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Los científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y el Instituto Nacional de Estándares (NIST) han demostrado un nuevo método basado en la mecánica cuántica para transmitir información digital y analógica.
Los enfoques anteriores incluían elementos que solo podían construirse sobre sustratos caros y exóticos. Por primera vez, este nuevo método se basa en los mismos sustratos de silicio utilizados para fabricar transistores y circuitos integrados. También puede tener lugar a temperatura ambiente, sin necesidad de refrigeración.
Estas dos diferencias vitales significan que el método es un candidato viable para la comercialización. Existe el potencial para la lógica, que ofrece ventajas muy significativas para los conmutadores modernos, también conocidos como dispositivos lógicos digitales, que dependen del transporte de electrones que genera calor y que necesitan mucha energía.

¿Qué son los magnones?

Según lo descrito por el NIST, los magnones "son esencialmente ondas que viajan a través de materiales magnéticos y pueden transportar información". En este caso, los materiales magnéticos son electrones que residen en átomos adyacentes, que tienen una propiedad cuántica mecánica llamada "spin". Al igual que el tipo de imanes con los que todos estamos familiarizados, ya sea “norte” o “sur”, el giro es bidireccional y puede cambiar entre las dos orientaciones posibles.

Spin Waves

Excitar el primer electrón en las cadenas representadas en el lado izquierdo o derecho del diagrama envía una "ola de cambios de espín que viaja hacia abajo a través de la cadena", como se describe en el artículo del NIST. Lo que crea un voltaje que se puede leer en la parte inferior de cada cadena.
En el lado izquierdo, la dirección de los giros todos los puntos en la misma dirección, lo que resulta en una lectura de voltaje relativamente alto en la parte inferior. En el lado derecho, los giros de los materiales YIG son inducidos a apuntar en la dirección opuesta, lo que resulta en una lectura de voltaje más bajo.
El voltaje más bajo corresponde a un "0", y el voltaje más alto corresponde a un "1", duplicando la lógica digital. Según lo descrito por Patrick Quarterman, físico en el Centro NIST para la Investigación de Neutrones (NCNR), "este es un bloque de construcción que podría allanar el camino hacia una nueva generación de tecnología informática altamente eficiente".

La concepción artística de la diferencia entre los estados "abierto" y "cerrado" de una magnona. Imagen utilizada por cortesía de N. Hanacek / NIST

Sin desperdicio de energía para generar calor problemático

La lógica informática actual depende de los electrones que viajan para realizar cálculos y transmitir resultados. Esto es costoso en términos de uso de energía. Peor aún, se genera calor parasitario, que requiere disipadores de calor masivos que consumen espacio en el tablero, y tal vez incluso ventiladores, que consumen más energía.
Los electrones que son el corazón de esta nueva clase de interruptores están inmóviles; solo cambian sus giros. El resultado es que se genera mucho menos calor.

Más allá de lo meramente digital

Los componentes de Magnon pueden hacer más que almacenar On u Off, "1" o "0"; pueden almacenar valores analógicos como 0.1, 0.35 o 0.9. Como dice Quarterman: "Por eso consideramos que esto es más como una válvula, puede abrirla o cerrarla de a poco".
Esto tiene una implicación importante. Se necesitan diez interruptores digitales para almacenar un número que va de cero a 1024 (210). Pequeños recuerdos con recuentos de células mucho más bajos que los dispositivos actuales pueden ser prácticos, dependiendo de la capacidad de resolución de los componentes eventuales basados ​​en magnones.

Ahorro de energía para dispositivos portátiles y dispositivos IoT

Conservar energía es una preocupación vital en la ingeniería eléctrica actual. Una razón es evitar la gran cantidad de problemas causados ​​por el desperdicio de energía que termina en calor y los compromisos involucrados en el tratamiento. Otra es la necesidad de extender la duración de la batería para dispositivos portátiles y dispositivos IoT.
Las puertas basadas en ondas magnónicas servirán para reducir la generación de calor en los cálculos y el almacenamiento de información. Recientemente, discutimos el uso de la fotónica para transferir información internamente y entre chips como un método para reducir el calor y el desperdicio de energía.
Ambas metodologías exhiben ahorros significativos en energía y reducción de calor.
¿Las ondas magnéticas o los fotones algún día reemplazan a los electrones en movimiento para los cálculos, el almacenamiento y la transmisión de información? ¿Los electrones, esos fieles servidores de la humanidad, han dejado de ser útiles? Si es así, ¿seguiremos llamando a nuestra artesanía electrónica? Comparte tus pensamientos en los comentarios a continuación.