Cryotron, un interruptor superconductor de bajo costo para computación cuántica

Como saben los profesionales de TI, las granjas de servidores empresariales consumen mucha energía y, cuanto más grandes son, más codiciosos tienen. La computación cuántica también podría tener un impacto en esta área, ya que no solo podrá resolver problemas complejos exponencialmente más rápido que la computación clásica, sino que también consumirá menos energía. Sin embargo, se interponen importantes obstáculos, incluida la creación de las temperaturas extremadamente bajas necesarias para permitir la superconductividad utilizada en los componentes de la computación cuántica. Los investigadores del MIT están trabajando actualmente en un dispositivo diminuto que podría hacer posible la computación cuántica y reducir significativamente los costos de las granjas de servidores. Los orígenes de este dispositivo, hecho de un nanoalambre superconductor, se remonta a un concepto similar desarrollado a mediados de la década de 1950 por un ingeniero eléctrico del MIT que murió trágicamente antes de que su proyecto visionario se hiciera realidad.

Pero volviendo al presente: un grupo de investigadores del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación del MIT, dirigido por Karl Berggren, profesor de ingeniería eléctrica, abordó el problema de la eficiencia de los superconductores. En términos generales, los superconductores son metales que conducen la electricidad sin resistencia a temperaturas extremadamente bajas y se utilizan en escáneres de resonancia magnética, aceleradores de partículas y computadoras cuánticas. Sin embargo, los superconductores tienen dos inconvenientes: son vulnerables a los efectos del ruido ambiental y su producción es muy cara. Una de las razones por las que las computadoras cuánticas son caras es que dependen de un conmutador de computadora llamado "unión de Josephson", que son esencialmente dos capas de material superconductor separadas por una capa extremadamente delgada de material no superconductor. Berggren dijo a MIT News que la unión de Josephson "era básicamente un objeto bastante delicado" y, por lo tanto, difícil y costoso de fabricar.

Una idea ya vieja

Berggren dice que él y sus colegas están trabajando en un dispositivo pequeño y elegante que podría deshacerse del cruce de Josephson. Esta idea se remonta a 65 años. "En 1956, el ingeniero eléctrico del MIT Dudley Buck publicó una descripción de un interruptor de computadora superconductor llamado criotrón", escribe MIT News. “El dispositivo involucró poco más de dos cables superconductores: uno era recto y el otro estaba enrollado alrededor del primero. El criotrón actúa como un interruptor porque, cuando la corriente fluye a través del alambre enrollado, su campo magnético reduce la corriente que fluye a través del alambre recto ”. (Dudley Buck también fue fundamental en la invención de la memoria RAM y una versión temprana de la memoria USB antes de su muerte en 1962).

El ingeniero visionario murió antes de que se pudiera desarrollar su criotrón, pero Karl Berggren confió en el proyecto de Dudley Buck sobre interruptores de computadora superconductores. “Los dispositivos que fabricamos son muy similares a los criotrones en el sentido de que no requieren uniones Josephson”, dijo a MIT News. Estos nuevos dispositivos, que Berggren denominó nanocriotrones en honor a Dudley Buck, pueden servir como interfaz entre los superconductores y la electrónica clásica, basada en transistores. La simplicidad del dispositivo de Karl Berggren ("al final del día, es solo un cable") debería hacer que sea más barato y más fácil de fabricar que las uniones de Josephson, y menos sensible al ruido ambiental.

Uso extensivo

Berggren cree que los nanocryotrones algún día podrían usarse tanto en computadoras cuánticas superconductoras como en computadoras convencionales, y reducir significativamente los costos de energía. “Es poco probable que los nanocriotrones reemplacen a los transistores de su teléfono. Pero si pudieran reemplazar los transistores en una granja de servidores o un centro de datos, tendría un gran impacto ”, dijo a MIT News.