23/11/2011 - Física cuántica. Se acerca la revolución de los ordenadores de bajo consumo

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Para 2017, la física cuántica ayudará a reducir el consumo de energía de nuestras ordenadores y teléfonos móviles hasta en un factor de 100. Para la investigación y la industria, el consumo de energía de los transistores es un asunto clave.

La próxima revolución será probablemente el denominado túnel-FET, una tecnología que aprovecha un fenómeno que se conoce como "efecto túnel cuántico". Su desarrollo está en marcja en la EPFL (Escuela Politécnica Federal de Lausana), en Suiza, asi como en los laboratorios de IBM en Zurich y en el centro CEA-Leti de Francia. En un número especial de Nature dedicado al silicio, Adrian Ionescu, investigador de la EPFL, ha escrito un artículo sobre el tema.

Los ordenadores actuales tienen no menos de mil millones de transistores solo en la CPU. Estos pequeños interruptores que se encienden y apagan proporcionan las famosas instrucciones binarias famoso, el 0 y 1 que nos permite enviar mensajes de correo electrónico, ver vídeos, mover el puntero del ratón ... y mucho más. La tecnología utilizada en los transistores de hoy en día se llama "efecto de campo," por el cual la tensión induce un canal electrónico que activa el transistor. Pero la tecnología de efecto de campo se está acercando a sus límites, especialmente en términos de consumo de energía.

La tecnología de túnel-FET se basa en un principio fundamentalmente distinto. En el transistor, dos segmentos están separados por una barrera de energía. En el primera, una horda de electrones espera, mientras el transistor está desactivado. Cuando se aplica tensión, cruzan la barrera de energía y pasan al segundo segmento, activando el transistor al hacerlo.

En el pasado, el efecto túnel era conocido por interrumpir la operación de los transistores. Según la teoría cuántica, algunos electrones atraviesan la barrera, aunque al parecer no tienen suficiente energía para hacerlo. Al reducir el ancho de esta barrera, se hace posible ampliar y aprovechar el efecto cuántico: la energía necesaria para que los electrones atraviesan la barrera se reduce drásticamente, como si el consumo de energía quedase en modo de espera.

"Al sustituir en el transistor el principio de efecto de campo convencional por el efecto túnel, se puede reducir la tensión de los transistores a partir de 1 voltio a 0,2 voltios", explica Ionescu. En términos prácticos, esta disminución en la tensión eléctrica reducirá el consumo de energía hasta en un factor de 100. Los microchips de nueva generación combinan tecnologías convencionales y de túnel FET. "Es razonable esperar que la producción en masa de alrededor de 2017", dijo.

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