Computación

Cómo la Impresión 3D Superconductora Está Impulsando la Computación Cuántica

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Fabricación a Nanoescala: Construyendo el Futuro Átomo por Átomo

As scientists developed an increasing mastery over the material world, more and more precision is expected from our manufacturing process. From crudely forging metal in forges, we are now controlling individual atoms to form advanced sensors, transistors, etc.

Otra consecuencia de este creciente nivel de control es la posibilidad de alterar fundamentalmente las propiedades de un material. Ahora estamos familiarizados con cómo una fina capa de silicio puede “pensar” al convertirla en un chip de computadora.

Otros cambios son posibles, notablemente otorgar a los materiales características naturales que nunca tendrían espontáneamente en la naturaleza. Una forma de lograrlo es cambiando su estructura a nivel nanoscópico.

Científicos del Instituto Max Planck (Alemania), del Instituto de Tecnologías Electrónicas Emergentes (Alemania) y de la Universidad de Viena (Austria) han descubierto que pueden convertir un material en superconductor al cambiar su configuración 3D, construyendo nanostructuras complejas.

Anunciaron su descubrimiento en Advanced Function Material1, bajo el título “Arquitecturas Nanoestructuradas Superconductoras Tridimensionales Reconfigurables”.

Por Qué las Nanostructuras 3D Son Clave para Romper los Límites de la Tecnología 2D

Muchos sistemas a nanoescala se diseñan como simples láminas 2D, lo que permite a los científicos manipularlos con precisión.

Sin embargo, la extensión a tres dimensiones ofrece una oportunidad para superar limitaciones fundamentales y lograr nuevas funcionalidades.

Por ejemplo, las limitaciones en la miniaturización de semiconductores han hecho que los dispositivos 2D ya no sigan la ley de Moore. En su lugar, la industria pasó a CMOS apilado en 3D para lograr mayor densidad de dispositivos e interconectividad.

De manera similar, en óptica, los metamateriales 3D ofrecen un nuevo control sobre las propiedades de la luz, como polarización de banda ancha o índices de refracción negativos, cada uno con amplias aplicaciones potenciales.

Lo mismo ocurre ahora con conductores y superconductores, con la creación de un proceso que funciona como una impresora nano 3D, construyendo estructuras no en una superficie plana sino en 3D.

Efectos Cuánticos en Estructuras Superconductoras 3D

Las teorías de la física de partículas cuánticas ya han predicho que las estructuras 3D se comportarían de manera muy diferente a las 2D. Esto es especialmente cierto para los superconductores, materiales sin resistencia eléctrica, donde se esperaba que las estructuras 3D permitieran un control local sobre los vórtices superconductores.

El descubrimiento de este tipo de “vórtice magnético” fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 2003, lo que supuso un avance clave para explicar cómo funciona la superconductividad.

Fuente: Nobel Prize

La estructuración 3D del material superconductor también debería crear fenómenos cuánticos totalmente nuevos (como el “estado nodal en una banda de Möbius superconductora”) que los investigadores podrían usar luego para desarrollar aplicaciones prácticas.

Cómo los Científicos Construyeron una Impresora Nano 3D para Superconductores

Los investigadores utilizaron la deposición inducida por haz de electrones enfocado en 3D (3D FEBID), un método conocido para construir nanostructuras 3D que no se había usado para materiales superconductores hasta ahora.

Construyeron una estructura en forma de pirámide con 4 filamentos nanoscópicos que se apoyan mutuamente. Está hecha de carburo de tungsteno superconductivo (W-C).

Luego confirmaron que la estructura muestra una transición superconductora abrupta alrededor de 5 K (-268 °C / -450 °F).

Luego midieron que los vórtices pueden propagarse a lo largo de la estructura en un movimiento 3D, y conducir a una transferencia de información y voltaje a larga distancia. La estructura 3D también controló la forma de los vórtices.

Superconductividad Reconfigurable con Campos Magnéticos

Al cambiar la dirección de un campo magnético, la característica superconductora podía esencialmente activarse y desactivarse a voluntad, debido a la forma de los vórtices.

Esto permitió la creación de una estructura 3D totalmente superconductora (SC), solo mitad superconductora, o totalmente con resistencia eléctrica normal (N).

La posibilidad de crear diferentes estados de superconductividad dentro de la estructura se vuelve más interesante a medida que estas estructuras 3D pueden construirse en serie y enlazarse, usando un sistema llamado Josephson weak links.

“Descubrimos que es posible activar y desactivar el estado superconductivo en diferentes partes de la nanostructura tridimensional, simplemente rotando la estructura en un campo magnético.

De esta manera, ¡pudimos crear un dispositivo superconductivo “reconfigurable”!

Claire Donnelly – Lise Meitner líder del grupo en el MPI-CPfS

Esto abre el camino para construir ensamblajes superconductores complejos de subcomponentes individuales, como puentes suspendidos nanoscópicos.

 

 

Cómo los Superconductores 3D Podrían Revolucionar los Sensores y los Chips Cuánticos

Aunque es extremadamente impresionante, al principio puede resultar un poco confuso cómo este dominio de la impresión 3D a nanoescala de material superconductor puede utilizarse en aplicaciones del mundo real.

Primero, ya se sabe que los Josephson weak links pueden usarse para crear sensores de campo magnético ultra sensibles. Anteriormente, dicho sistema debía incorporarse al diseño de la película delgada 2D y estar predeterminado. Con este sistema reconfigurable, una ventaja inherente que aporta la estructura 3D es que se pueden desplegar mediciones mucho más precisas y controlables.

Otro campo que se beneficiará es la computación basada en superconductores, incluida la neuromórfica de bajo consumo energético y la computación cuántica. La mayor interconectividad y complejidad que ofrecen las geometrías 3D deberían ayudar a crear chips de computación más complejos y potentes para estos sistemas.

En última instancia, esto podría formar los bloques de construcción de uniones 3D multi-terminal y matrices interconectadas de weak links reconfigurables. En conjunto, estos deberían cambiar radicalmente la forma en que se puede fabricar una computadora cuántica, yendo más allá de los sistemas 2D actuales. También deberían ser mucho más flexibles, ya que el propio hardware puede reconfigurarse.

Invertir en Soluciones de Superconductividad

American Superconductor Corporation: Invirtiendo en Superconductividad del Mundo Real

AMSC Gráfico de precios

AMSC es una empresa que ofrece soluciones energéticas para la red eléctrica, barcos y energía eólica. En general, cuanto más hambriento de energía o masivo sea un sistema, más necesita tecnología superconductora para evitar el sobrecalentamiento.

A pesar de su nombre, ASMC no solo proporciona sistemas superconductores sino también, por ejemplo, transmisiones de engranajes para turbinas eólicas.

La compañía está impulsada por múltiples motores de crecimiento, incluyendo la tendencia de electrificación y digitalización (incluidos los centros de datos de IA), la relocalización de capacidades de fabricación en EE. UU., y la necesidad de que las armadas del mundo anglosajón se modernicen en respuesta a los crecientes riesgos geopolíticos.

En el segmento de suministro eléctrico, AMSC ha visto un aumento constante en los pedidos. Esto fue impulsado por fábricas de semiconductores que buscan protegerse de las fluctuaciones de la red eléctrica, ayudar a la red a manejar la naturaleza intermitente de las energías renovables, y por el suministro eléctrico y controles en sitios industriales.

AMSC está mayormente activo con Sistemas de Control Eléctrico (ECS) en el segmento de turbinas eólicas. Históricamente, ESC fue un segmento fuerte para la compañía con turbinas eólicas de 2 MW, pero ha ido disminuyendo progresivamente. AMSC apunta a una recuperación gracias al nuevo diseño de turbina de 3 MW, con un enfoque especial en el mercado indio.

 

Para buques militares, ASMC ofrece el “Contramedida Magnética de Minas de Superconductor de Alta Temperatura de AMSC”, un sistema para alterar la firma magnética de los barcos y protegerlos de minas marinas. Se vende a las armadas de EE. UU., Canadá y Reino Unido, con pedidos por valor de 75 M USD hasta ahora.

En general, ASMC es la mejor en aprovechar la tecnología superconductor en aplicaciones de nicho viables hoy, mientras probablemente esté preparada para desplegar avances adicionales en el futuro.

Los inversores también deben notar que la acción ha experimentado una volatilidad extrema en el pasado, y deben calcular los riesgos en consecuencia.

Últimas American Superconductor Corporation (AMSC) Noticias de Acciones y Desarrollos

Estudios Referenciados:

1. Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et al.La ingeniería de fases estructuralmente compleja permite aleaciones de Al tolerantes al hidrógeno. Nature641, 358–364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2

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Jonathan es un ex investigador bioquímico que trabajó en análisis genético y ensayos clínicos. Ahora es analista de valores y escritor financiero con un enfoque en innovación, ciclos de mercado y geopolítica en su publicación 'The Eurasian Century'.