Moléculas lógicas para un ordenador molecular (I)

roxatane Leo en meneame.net una noticia que, habiendo sido meneada más de 80 veces en el momento de leerla, me parece que deja bastante que desear en cuanto a contenido. Me explico, porque asi a “primera lectura” puede parecer esto muy pretencioso por mi parte. Se habla cómo llegarán los ordenadores moleculares gracias a la creación de una molécula que, dicen, funciona por si sola como el elemento básico del ordenador. También se dice que abrirá la puerta para una nueva generación de computadoras 100.000 millones de veces más rápidas que las actuales, un dato curioso a la par que vago.

La verdad es que siento decepcionar a quien se haya creido que este descubrimiento (más bien, este resultado de investigación) sea algo nuevo. El artículo que se menciona en los comentarios de la nota de meneame es de 1999, y en él se describen las puertas lógicas basadas en electrónica molecular, configurables. Esto dista muy mucho de ser un ordenador molecular, claro, y es cierto que las puertas lógicas son base de los circuitos lógicos que a su vez se pueden combinar para formar circuitos electrónicos complejos, que a su vez se pueden agrupar en sistemas de circuitos y a su vez rutas de datos y… un par de niveles más, hasta llegar a lo que entendemos hoy en día por ordenador. Me interesaría explicar aqui un poquito de los conceptos básicos de electrónica digital que, salvando las distancias, nos llevarán a entender un poco las puertas lógicas moleculares

puertas_logicas Aceptemos la analogía de un transistor con un interruptor, aunque no siempre se comporte asi. Una puerta lógica es un circuito electrónico que está dedicado a realizar una operación lógica. Como todos sabéis, en ciencias de los computadores se utiliza básicamente la aritmética binaria, y esta a su vez es ideal para implementar funciones lógicas (consultad si os interesa el tema este texto sobre Álgebra de Boole, muy sencillo). Mediante un interruptor podemos representar dos estados, ON y OFF, 0 y 1, Verdadero y Falso. Por eso, podemos combinar los transistores de forma que, gracias a propiedades de la electricidad, podamos realizar operaciones booleanas, como son la suma lógica (OR) y el producto lógico (AND), y con ciertas configuraciones de los interruptores, podemos realizar operaciones de negación (NOT lógico). A partir de ahí es muy sencillo diseñar una puerta lógica a partir de una expresión matemática simplificada al máximo que, a un nivel de complejidad considerablemente menor, es lo que se hace en asignaturas de grado en la Facultad.

Este es el modo de proceder en la electrónica básica, la de toda la vida, aunque el proceso está contado de manera muy simplificada. Las aspiraciones de la electrónica están en desarrollar dispositivos que conmuten entre los estados encendido y apagado a la máxima velocidad posible, y además que sean cada vez más pequeños y con menos consumo de energía. La tecnología del silicio, la más extendida y rentable de las tecnologías de semiconductor, tiene de por si unos límites bien conocidos con respecto a la escala de integración (cuanto de pequeños pueden ser los dispositivos) y la velocidad de conmutación (cuanto de rápido puede un dispositivo cambiar de estado), lo que nos lleva a pensar en lo que se conoce como el fin del silicio como material básico de los dispositivos electrónicos para desarrollar cada vez máquinas más rápidas.

Por eso, un buen número de propuestas intentan adelantarse al agotamiento de las posibilidades del silicio, y entre ellas podemos citar los computadores cuánticos, las tecnologías que utilizan la luz como transporte de la información y los transistores laser, y la denominada electrónica molecular. Quiero aclarar que por ser molecular nada tiene que ver con biológico, puesto que la molécula lamada rotaxane es de creación humana. Es un error frecuente confundir molecular con biológico, pero pensándolo bien no tiene por que tener nada que ver lo uno con lo otro.

La tal molécula roxatane se coloca en medio de un par de contactos metálicos, y acompañada de una barrier tunneling, perdón por el anglicismo, pero no conozco una buena traducción. Este pequeño dispositivo se puede configurar electrónicamente, y si se disponen varios agrupados, pueden ser sintetizadas puertas lógicas básicas de idéntica funcionalidad que las puertas lógicas de la electrónica convencional. En su momento, la desventaja más evidente era la de la imposibilidad de construir memorias RAM con estos dispositivos, pero tenían la importante ventaja de no perder prestaciones a la hora de bajar la escala al nivel molecular, algo que la tecnología del silicio no puede ni siquiera soñar. Además de ello, la relación señal a ruido de las corrientes y tensiones en estos dispositivos (es decir, la calidad de las corrientes y tensiones, su “eficacia”) era comparativamente alta.

Como vemos, la noticia no es la construcción de un ordenador molecular, pero si la construcción de las bases para ello. Por no agrandar demasiado esta nota, vamos a dejar la descripción del funcionamiento básico de estas puertas lógicas para un próximo día, ya un poquito más frescos después de tanta “historia”. Y de paso, buscaré cómo está el estado del arte concretamente para esta tecnología en el presente.

Hasta la próxima entrega.

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Comentarios

Hola, Esteban. Felicidades por la "calidad didáctica" del post y por eliminar malentendidos. En efecto, cuando suena el término "molecular", hay una tendencia enorme a interpretar "biomolecular"... No soy experto en la materia (bueno, "no soy experto", a secas), pero me da la sensación de que el "barrier tunneling" que mencionas no es sino una especie de efecto túnel no cuántico (macroscópico) que provoca la acción de rotaxane entre los dos contactos. Insisto en que desconozco la estructura molecular de rotaxane y, en consecuencia, su funcionamiento, pero me parece que por ahí van los tiros: la estructura de rotaxane en reposo sería el estado "0". La entrada de corriente modificaría la estructura de la molécula, abriría el túnel y dejaría pasar la corriente ("1"). De todos modos, no sé si me equivoco, pero me parece que rotaxane sólo era de uso único, que se inutilizaba tras su acción. Tengo entendido que la molécula "catenane" produce el mismo efecto, pero es reutilizable, por lo que actúa como un transistor... Pero bueno, como supongo que tienes información fresca, espero la continuación...

#1 | Escrito por Illaq | 18 mar 2006 11:16:55

Felicidades por la calidad del artículo y gracias por el tiempo dedicado a ello. Este tipo de artículos son los que enriquecen y aportan algo nuevo, no los "grandes descubrimientos" lanzados sin explicación de fondo y a modo de bulo aptos para aquellos que asimilan como dogma de fe la primera barbaridad que leen, por aberrante que sea. Gracias de nuevo.

#2 | Eredia | 19 mar 2006 17:50:18

Muchas gracias a ambos por los comentarios, son realmente importantes para mi. Tienes toda la razón en lo que dices, Illaq. En efecto lo del Barrier Tunneling implica un efecto de tunel, de hecho eso estaba proyectado para ser explicado en la siguiente entrega (en proceso). Lo que no me atreví fue a traducirlo (diría "algo que, por efecto túnel que ...", pero no se inventarme un término en castellano).

Repito, gracias por los comentarios, Illaq y Eredia, y ahora mismo sigo con la segunda (y última) parte de a historia. Reconozco que no crei que fuese a ser tan larga...

#3 | Escrito por Esteban | 22 mar 2006 15:36:50

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