Rumbo al terahercio con superconductores

Algún día, aunque no está claro que buena parte de nosotros lo veamos, existirán sistemas con una velocidad de un terahercio. Ahora bien, el camino que todavía nos separa de ese hito es largo y tortuoso, así que cada paso en el mismo es algo a destacar. Y es que a medida que se incrementa la velocidad, también lo hace la complejidad, y en este caso hablamos de un salto que obliga a enfrentarse a un desafío vigente desde hace ya mucho tiempo.

Un ejemplo de dicha complejidad lo encontramos en la evolución para superar los límites del silicio, el semiconductor que durante décadas ha sido el responsable de la evolución de la informática y la tecnología. Y es que ya son muchos los años que llevamos hablando, por ejemplo, de los nanotubos de carbono, que nos permitirán seguir avanzando en la reducción de tamaño de los elementos que forman los integrados. Recordemos que, para evitar las fugas eléctricas, el silicio no puede bajar de los tres nanómetros (al menos en teoría). Sin embargo, aún tendremos que esperar, salvo sorpresa, para la llegada de los nanotubos.

Esto, con tantos años de investigación, «solo» (lo entrecomillo porque es un gran logro, en realidad) para poder saltar de los tres a los dos nanómetros, así que imagina la evolución tecnológica que es necesaria para poder movernos de los 5,2 gigahercios que podemos encontrar actualmente en un Intel Core i9-12900K hasta un terahercio. Recordemos que un terahercio son mil gigahercios, por lo que hablamos de multiplicar la velocidad actual por 200.

Así, aquí ya no nos encontramos solo con un problema de tamaño, sino también de materiales. Los semiconductores, y especialmente el silicio, se han demostrado excepcionalmente útiles hasta el momento, y seguirán haciéndolo a corto y medio plazo. Sin embargo, y al igual que ya nos estamos acercando a sus límites en lo referido al tamaño, tarde o temprano lo haremos también en lo referido a su velocidad máxima. Dicho de otra manera, el terahercio no se puede alcanzar con semiconductores será necesario el uso de superconductores.

Hay, sin embargo, dos problemas con este tipo de materiales: su falta de unidireccionalidad y sus exigencias en el apartado térmico, dos problemas complejos y que deben ser resueltos para seguir avanzando hacia el terahercio. Para entenderlo, hay algunos conceptos de la física de semiconductores y superconductores que debes conocer, y que además te ayudarán a entender la razón por la que los semiconductores han sido y son los reyes de la electrónica.

Como puedes deducir simplemente por sus nombres, las condiciones de conductividad de los semiconductores son inferiores a las de los superconductores. Sin embargo, por su naturaleza, permiten definir, al aplicar un voltaje determinado, un flujo unidireccional que permite canalizar el «tráfico» en el sentido deseado. Durante décadas se ha intentado lograr algo similar con los superconductores, para así aprovechar su mejor conductividad, pero hasta ahora no había sido posible.

Digo hasta ahora, porque un reciente estudio llevado a cabo por investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft ha logrado dar un paso de gigante, al emplear un material específico que permitiría regular direccionalmente el tránsito eléctrico a través del superconductor. Son los propios investigadores que firman este logro los que lo relacionan, directamente, con la posibilidad de crear integrados con velocidades que puedan alcanzar el terahercio.

Aún hay, no obstante, otro desafío fundamental: la temperatura. Y no, a diferencia de los chips actuales, no hablo de la disipación de la misma, pues una de las ventajas de los superconductores frente a los semiconductores es que, cuando se emplean en su temperatura crítica pasan a ser conductores perfectos, es decir, que la resistencia pasa a ser cero, de modo que la corriente puede fluir infinitamente sin decaer, sin pérdida alguna. El problema, claro, se encuentra en esa temperatura crítica.

Las temperaturas críticas de los superconductores son bajas, muy bajas. De hecho, el objetivo actual de este equipo de investigación es lograr que su tecnología sea capaz de funcionar a pleno rendimiento a temperaturas por encima de los 77 grados Kelvin (-196,15 grados Celsius), pues esa temperatura se podría mantener empleando nitrógeno líquido. Sin embargo, de momento la temperatura necesaria es bastante inferior. Así, al menos de momento, el terahercio todavía está lejos de empezar a convertirse en una realidad.

No obstante, y aunque repito que todavía habrá que esperar, lo cierto es que esta investigación habría logrado resolver un desafío que ha durado bastantes décadas, y que en su momento se consideraba algo prácticamente imposible. Podemos pensar lo mismo sobre el control térmico, y sobre los desafíos que surjan posteriormente en la carrera hacia el terahercio.