La física llegó a su límite: descubren la memoria del futuro

Un nuevo estudio descubre y demuestra un bit de memoria superconductora que opera cerca del límite mínimo de energía permitido por la física.

Cada vez que una computadora almacena o borra información, consume energía. La cantidad es diminuta para una sola operación, pero esas operaciones ocurren miles de millones de veces cada segundo. Durante décadas, los científicos se han preguntado qué tan poca energía podría usar un dispositivo de memoria antes de alcanzar el límite teórico fundamental establecido por las leyes de la física.

Ahora, un grupo de investigadores ha demostrado que es posible acercarse sorprendentemente.

El estudio demuestra un bit de memoria superconductora que funciona utilizando solo alrededor de cinco veces el límite de Landauer, la cantidad mínima teórica de energía necesaria para borrar un bit de información.

En lugar de utilizar componentes electrónicos convencionales, los investigadores almacenaron información en un vórtice superconductor: un diminuto remolino magnético que se forma dentro de ciertos materiales cuando se enfrían a temperaturas extremadamente bajas.

El equipo atrapó un solo vórtice entre dos posiciones estables. Al igual que los ceros y unos utilizados en todas las computadoras digitales, esas dos posiciones representaban un solo bit de información.

“Nuestro trabajo mide la energía requerida para operar un bit de memoria basado en un vórtice superconductor”, explicó el Dr. Yonathan Anahory, investigador de la Universidad Hebrea de Jerusalem, quien lideró el estudio junto con Nofar Friedman. “Descubrimos que puede funcionar a aproximadamente cinco veces el límite de Landauer, lo que lo acerca de manera notable al mínimo permitido por la física”. Para poner este número en perspectiva, una computadora moderna típicamente requiere más de un millón de veces más energía para realizar la misma operación.

Medir una cantidad de energía tan pequeña no fue una tarea fácil. En lugar de intentar detectar el aumento de temperatura causado por el diminuto calor liberado por el vórtice en movimiento, los investigadores rastrearon su respuesta magnética utilizando un microscopio ultrasensible, SQUID-on-tip.

“Un vórtice es un objeto excepcionalmente pequeño y delicado, por lo que medir la energía disipada por su movimiento es un gran desafío experimental”, afirmó Friedman. “Al seguir su respuesta magnética, pudimos comparar su costo energético con los límites fundamentales del procesamiento de información”.

Los investigadores enfatizan que el dispositivo es aún experimental. Funciona únicamente a alrededor de 4 kelvin (-269° Celsius), lo que lo hace inadecuado para las computadoras de uso cotidiano.

Sin embargo, las computadoras cuánticas ya funcionan a temperaturas criogénicas similares. En el futuro, dispositivos como este podrían proporcionar una forma energéticamente eficiente de almacenar información clásica dentro de esos sistemas.

Aunque otros sistemas físicos anteriormente se han aproximado al límite de Landauer, los investigadores afirman que esta es la primera demostración de un consumo de energía tan bajo utilizando un solo vórtice superconductor.

El trabajo proporciona una prueba de concepto de que los vórtices superconductores pueden servir como elementos de memoria de ultra bajo consumo energético. Se necesitará más investigación antes de que la tecnología pueda escalarse a dispositivos de memoria prácticos para la computación cuántica y criogénica.

El trabajo de investigación “Approaching Landauer’s limit in a single superconducting vortex memory bit”, ya está disponible en Nature Communications.