Computación
El gating redox podría llevar a nuevos niveles de eficiencia en la electrónica diminuta
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Mejorando la microelectrónica con Redox Gating
Microelectronics like computer chips use increasingly small transistors, resulting in a growing difficulty in manufacturing them efficiently.
La microelectrónica, como los chips de computadora, utiliza transistores cada vez más pequeños, lo que genera una creciente dificultad para fabricarlos de manera eficiente.
Esto también provoca problemas crecientes con el consumo de energía y la gestión del calor generado.
El auge de la IA significa que este consumo de energía podría dispararse, con pronósticos de que para 2030 la IA podría representar del 3 % al 4 % de la demanda mundial de energía. Esto es antes de un auge en la computación cuántica, un campo del que hablamos sobre los avances más recientes en nuestro artículo “The Current State of Quantum Computing.”
Como resultado, se requieren nuevas formas de manipular electrones, incluso a nivel cuántico.
Por lo tanto, es una noticia emocionante que investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) hayan demostrado un nuevo tipo de sistema similar a un transistor que funciona con voltajes mucho más bajos, algo llamado Redox Gating.
¿Qué es Redox Gating?
En su publicación, “Redox Gating for Colossal Carrier Modulation and Unique Phase Control,” explican los principios básicos del Redox Gating y la electrónica basada en redox.
Normalmente, los transistores de silicio dependen de campos eléctricos para controlar el flujo de electrones que el transistor utiliza para realizar cálculos.
En cambio, el gating redox utiliza una corriente de bajo voltaje y la aplica a una “puerta de electrones”. Cuando el voltaje supera cierto umbral, la puerta se abre y permite el paso de electrones. El electrón es provisto por un material redox (una molécula capaz de “donar” electrones), de ahí el nombre “redox gating”.
El material redox puede reciclarse sin daño, lo que permite que una reacción más química que electrónica se repita un número casi infinito de veces.
Fuente: Advanced Materials
Los investigadores demostraron el principio del gating redox con no menos de 3 materiales diferentes:
- polímeros conjugados de líquidos iónicos (PILs)
- PILs que contienen metales
- sales metálicas simples.
Los dieléctricos de puerta de alta capacitancia se fabricaron con óxido de tungsteno (VI) (WO3) y óxido de vanadio (IV) (VO2).
El trabajo de investigación fue posible gracias a instalaciones preexistentes que ayudaron a producir el material y analizar las puertas redox, como el Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne y la Fuente de Fotones Avanzada de Argonne.
Potencial del Redox Gating
Consumo de energía
Dado que las puertas redox probadas funcionan con una potencia tan baja como medio voltio, esto podría abrir el camino a microelectrónicos que consumen muy poca energía y generan muy poco calor.
Una mayor eficiencia energética y una reducción de las necesidades de refrigeración podrían volverse muy importantes, ya que la capacidad de cómputo y la energía que utiliza podrían convertirse en el cuello de botella para el progreso futuro de la IA.
La versatilidad de los mecanismos de gating redox también podría estar “allanen el camino para la adopción de materiales ambientalmente benignos y el desarrollo de arquitecturas de dispositivos innovadoras”.
Computación cuántica
La computación cuántica es un campo emergente que promete resolver problemas que son prácticamente imposibles de calcular con transistores de silicio normales.
El Redox Gating también podría contribuir al progreso de la computación cuántica. Más específicamente, podría ayudar a desarrollar puertas lógicas cuánticas que operen con bajo consumo.
Considerando que las computadoras cuánticas pasaron de pocos qubits a superar recientemente el umbral de miles de qubits, mantener el consumo de energía bajo control podría ser necesario para que el campo se vuelva comercialmente viable.
Cálculos similares al cerebro
Otro aspecto prometedor del gating redox es que opera a voltajes muy bajos y permite un ajuste fino del flujo de electrones.
Esto es exactamente cómo las neuronas humanas procesan y amplifican señales eléctricas. Por lo tanto, podría permitir finalmente el desarrollo de diseños de chips electrónicos que operen como cerebros.
Considerando que el cerebro probablemente “calcula” mediante elementos de cálculos analógicos de bajo voltaje (gradación en lugar de 1 y 0 absolutos) y potencialmente efectos de computación cuántica (la teoría de la mente cuántica), esto podría ser la (¿única?) forma de crear IA con habilidades similares a las humanas o conciencia real.
Conclusión
El Redox Gating podría parecer inicialmente una idea muy oscura y de nicho en la microelectrónica.
Sin embargo, demuestra que los semiconductores y la computación están lejos de limitarse solo a reducir el tamaño de los transistores. Junto con otras innovaciones, podría abrir el camino a chips de bajo voltaje, bajo calor residual y baja toxicidad.
Y podrían incluso impulsar el potencial de la computación cuántica, así como ser el bloque de construcción de sistemas de computación similares al cerebro en las próximas décadas.
