Debido al auge de la tecnología de las comunicaciones en los últimos 40 años nos encontramos en la era de la información. El desarrollo del Internet nos ha permitido llegar a cualquier parte del mundo. La transmisión de información y el acceso a la información van a tomar otro giro con el potencial de los nanomateriales. Las nanopartículas tienen propiedades importantes en la producción de sensores y computadores las mismas que tienen una directa relación con las comunicaciones.
COMUNICACIONES CUÁNTICAS
La investigación de las comunicaciones se ha enfocado en el desorden cuántico, cuando dos fotones aleatorios son separados, su movimiento está directamente relacionado. Se ha observado que dos fotones de baja energía pueden ser creados de un fotón que tenga alta energía. La transferencia de información cuántica entre locaciones remotas es un campo nuevo de las comunicaciones cuánticas. Desde que el desorden cuántico fue observado, analizado o utilizado, su potencial ha ido creciendo muy rápidamente debido a que ofrece una criptografía segura, algoritmos computacionales y teleportación cuántica. Cuando se realiza una transmisión cuántica entre un receptor y un transmisor, solo la persona que envía y el que recibe tienen la capacidad de desencriptar la información. Este sistema es más rápido que las comunicaciones ópticas, permitiendo una extrema miniaturización de las computadoras.
Espín Cuántico
Las computadoras cuánticas tienen la capacidad de almacenar cantidades de información, muchísimo más que las que guardan las computadoras electrónicas, además de realizar los cálculos en paralelo. Las computadoras tradicionales toman mucho tiempo para realizar operaciones de simulación,
encriptación o de comunicación en redes de computadoras. En las computadoras cuánticas operan millones de veces más rápido que cualquier supercomputadora actual. Las comunicaciones cuánticas hacen posible tareas como descifrar códigos que antes eran indescifrables, generación de algoritmos aleatorios verdaderos.
La computación cuántica usa las propiedades cuánticas de las nanopartículas para realizar los cálculos computacionales. Una de estas propiedades cuánticas se llama spin. El spin es un concepto complicado, pero se ha medido en valores de -1/2 o +1/2. Los investigadores piensan que éstos corresponden a valores computacionales, donde +1/2 = 1 y -1/2 = 0. Las computadoras cuánticas tienen una unidad básica de información digital llamada qubit.
La habilidad para almacenar o transmitir información sobre un electrón es bastante complicada, pero el spin del electrón no fue determinado hasta que fue medido. El spin también es afectado por la luz. Las longitudes de onda y el tipo de luz usadas con una velocidad de pulsos de luz permiten programar los electrones de las computadoras cuánticas. Un cálculo computacional puede tener dos operaciones corriendo en paralelo una para 0 y una para 1, los qubits afectan la condición de todos los demás creando un efecto dominó. Dos qubits tiene cuatro posible configuraciones: 00, 01, 10 y 11 las operaciones matemáticas con qubits podrían ser usadas para trabajar en los cuatro diferentes estados a la vez. La manipulación de qubits y spin no solo vuelve más rápido a las computadoras y a las comunicaciones, sino que cálculos que actualmente tomarían billones de años se realizarían muy rápido permitiendo un gran avance en seguridad digital y bases de datos. Sin embargo puede ocurrir que se produzca una interacción con el medio ambiente que se conoce como de coherencia. Si esto ocurre en una computadora cuántica aparecerán errores.
Una nueva área llamada corrección de errores cuánticos está siendo desarrollada por los investigadores de los laboratorios BELL, en la universidad de Oxford. El problema es que un sistema cuántico que tiene decoherencias debe ser imperiosamente mejorado. La dificultad es diseñar una computadora cuántica que tenga la habilidad de manejar las interacciones internas y que no
sea afectada por el medio ambiente que le rodea. También se necesita estabilizar los qubits. Cuando se realizan más de 1000 operaciones a la vez aparece la decoherencia. Al transferir datos esto creará una tasa de error inaceptable, una solución a este problema es el uso de los nanopuntos o puntos cuánticos (QD).
Cambios Químicos
Las comunicaciones utilizan datos, cargas eléctricas e intercambios de energía entre las moléculas, un gran problema es una fabricación precisa de tamaños menores que 0.1nm. Para conseguir este objetivo se necesitan realizar acciones muy precisas. El campo de investigación del posicionamiento de precisión atómica involucra al tema de la transferencia de una molécula por una superficie metálica o semiconductora a través de una conexión externa. Los investigadores están buscando soluciones a los problemas físicos, químicos, mecánicos y de materiales que tiene la computación cuántica.
La construcción de circuitos es parte de las nanocomunicaciones. Se podría equipar un circuito en una tarjeta con grupos químicos que tengan funciones operativas, y que protejan de otras interacciones, con ensamblado y estabilización de las moléculas específicas del sustrato. La reacción de las moléculas de una tarjeta con un STM (microscopio de búsqueda de túnel) es un problema. Para mantener una conexión robusta los grupos químicos también deben tener una conexión robusta para mantener los caminos lógicos. La fabricación y el empaquetamiento con precisión de nanoescala están todavía en su infancia.
Tamaño
El tamaño produce nuevos comportamientos. Si una nanopartícula es más pequeña que un electrón o fonón, esta crea nuevos modelos de corriente eléctrica y del transporte del calor. Nuevas propiedades también han aparecido por efecto de las ondas de luz sobre los puntos cuánticos.
Las propiedades termodinámicas como el magnetismo, electricidad y supercolectividad también cambian en las nanopartículas. El almacenamiento
de datos e información ha incrementado sus estudios del magnetismo a nanoescala. En las moléculas complejas el magnetismo tiene propiedades inusuales. Los investigadores de IBM han podido mejorar las imágenes por resonancia magnética (MRI) mediante la medición directa de una señal magnética de un electrón dentro de una muestra sólida. Esta es la base para la creación de microscopios que proporcionan imágenes tridimensionales de moléculas con resolución atómica. En las comunicaciones electrónicas que se basan en el spin, los nanoelementos magnéticos pueden ser una línea de investigación promisoria.
NANOLENTES
Un equipo de investigadores de la universidad Tel Aviv están trabajando en enfocar un punto de luz de diámetros atómicos y amplificarlo millones de veces. Se utiliza algunas nanoesferas metálicas separadas y con un tamaño decreciente, consiguiendo enfocar la luz con extremada intensidad en un punto. Este método podría ser utilizado en detección nanoóptica, nanomanipulación de moléculas y nanopartículas. Un modelo sencillo de nanolente utiliza una columna de tres pequeñas nanoesferas de 50nm a 5nm de diámetro. La figura 4.16 muestra como la energía es enfocada de lente en lente. Cuando la esfera grande es iluminada, una onda de vibración de electrones (plasmones) se mueve a través de la superficie de la nanoesfera y crea un campo eléctrico oscilante. Este campo se mueve hacia la esfera pequeña y luego hacia la esfera más pequeña. Cuando la energía luminosa llega al punto que se desea enfocar, esta ha tenido un incremento de un millón de veces.
Figura 4.18 Nanolentes.
Este proceso de amplificación puede ser utilizado en espectroscopía. Los plasmones superficiales pueden ser utilizados en láser llamados spaser (Amplificación por plasmones superficiales estimulados por una emisión de radiación). Los spasers trabajan con nanopartículas metálicas y puntos cuánticos semiconductores. En aplicaciones nanoópticas esto permitiría comunicaciones sin la necesidad del uso de fibras ópticas. Estas investigaciones recién han comenzado a realizarse.
ANGGIE M. NAVAS G. CRF
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