De una cápsula del tiempo desenterrada, el MIT descubre un reemplazo para Josephson Junctions

En 1956, el investigador del MIT Dudley Buck publicó un artículo sobre un interruptor superconductor llamado criotrón, que estaba destinado a competir con los interruptores de tubo de vacío contemporáneos. Cuando Buckley falleció en 1959, la tecnología murió más o menos con él y, como todos sabemos, los semiconductores se convirtieron en el reemplazo de los tubos de vacío.

Dudley Buck, inventor del criotrón. Imagen utilizada por cortesía de MIT Technology Review

El criotrón permaneció olvidado durante casi 60 años hasta que en 2015, mientras excavaban los cimientos del centro de nanotecnología del MIT, los trabajadores desenterraron una cápsula del tiempo. Entre sus contenidos había información sobre el criotrón, que devolvió la vida a la tecnología en los tiempos modernos.
Desde este evento milagroso, el criotrón se ha convertido en una musa para la investigación de la computación cuántica. Hoy, los investigadores del MIT se han inspirado en el criotrón para una nueva alternativa a Josephson Junctions en electrónica superconductora.

Breve introducción a la superconductividad

La tecnología superconductora se basa en el hecho de que cuando los materiales alcanzan una cierta "temperatura crítica", el metal pasa de un estado normal a un estado superconductor donde el material no tiene resistencia. Esto sucede porque, en el estado superconductor, los electrones experimentan una ligera fuerza de atracción, lo que hace que se emparejen, lo que los lleva a un estado de menor energía.
Como resultado de estar en este estado de menor energía, los electrones no son dispersados ​​por la red iónica del material, que es el mecanismo fundamental que describe la resistencia eléctrica.

Los superconductores tienen resistencia cero por debajo de un punto crítico de temperatura. Imagen utilizada cortesía del CERN

Cuando la cantidad de corriente a través de un superconductor está por debajo de algún nivel de "corriente crítica", el voltaje en el superconductor es cero. Sin embargo, una vez que se excede esta corriente crítica, el voltaje ya no es cero, sino que oscila con el tiempo.

¿Qué es un cruce de Josephson?

En el mundo de la electrónica superconductora, Josephson Junction (JJ) se ha convertido en un tema de investigación candente porque es un buen candidato para qubits en computación cuántica. La tecnología detecta el cambio en los estados superconductores basándose en la corriente crítica y el estado del voltaje del superconductor como bits.

Principio de funcionamiento de Josephson Junction. Imagen utilizada por cortesía de HyperPhysics

En una explicación simplificada, un JJ se usa para describir un dispositivo que está hecho de un material no superconductor colocado entre dos materiales superconductores. La tecnología lleva el nombre de Brian Josephson, el fundador del Efecto Josephson, que describe cómo, en un JJ, los pares de electrones superconductores pueden hacer un túnel a través del material aislante de un superconductor a otro.
Una desventaja limitante de un JJ es que es extremadamente sensible al ruido exterior, lo que hace que la tecnología sea muy difícil de interactuar con la electrónica contemporánea. Junto con esto, son muy difíciles y costosos de fabricar.

Investigación de nanocriotrones

Ahora, inspirados por el criotrón, los investigadores del MIT están desarrollando un nuevo dispositivo para rivalizar con el JJ.
El nuevo dispositivo ha recibido el nombre de nanocriotrón, que consiste en un cable superconductor llamado "canal", que se cruza con un cable más pequeño llamado "estrangulador". Cuando el estrangulador conduce una cierta corriente (presumiblemente por encima de la corriente crítica), pierde su superconductividad y comienza a calentarse. Este calor se propaga al canal y hace que pierda también su estado superconductor.

Los nanocriotrones están inspirados en parte en el criotrón original de Buck de los años 50. Imagen utilizada por cortesía de Wikimedia Commons

Dado que el nuevo dispositivo sufre cambios de estado basados ​​en el calor, es mucho menos susceptible al ruido exterior en comparación con el JJ, lo que lo hace más fácil de conectar con la electrónica clásica. Además, dado que el dispositivo consta de nanocables en lugar de una unión elaborada, el dispositivo es más fácil de fabricar.
Según el MIT, los investigadores ya han mostrado una prueba de concepto para el dispositivo que usa el nanocriotrón para agregar dígitos binarios. También afirman haber interconectado con éxito la tecnología con la electrónica clásica.

¿Un reemplazo para el JJ?

Si bien la tecnología aún está en su infancia, los investigadores del MIT tienen la esperanza de que el nanocriotrón pueda impulsar la computación cuántica, ofreciendo una alternativa económica y menos sensible al JJ.
Más allá de esto, los investigadores planean explorar nuevos métodos de computación. Karl Berggen, investigador principal de este proyecto, dice: "Estamos haciendo una investigación fundamental aquí. Si bien estamos interesados ​​en las aplicaciones, también nos interesan: ¿Cuáles son algunos tipos diferentes de formas de hacer informática? Como sociedad, nos hemos centrado realmente en los semiconductores y transistores. Pero queremos saber qué más podría haber ".