Informática.
Cómo la impresión 3D superconductora está impulsando la computación cuántica
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Fabricación a nanoescala: construyendo el futuro átomo a átomo
A medida que los científicos han ido adquiriendo un mayor dominio del mundo material, se espera cada vez mayor precisión en nuestro proceso de fabricación. De la tosca forja de metales en forjas, ahora controlamos átomos individuales para formar sensores avanzados, transistores, etc.
Otra consecuencia de este creciente nivel de control es la posibilidad de alterar radicalmente las propiedades de un material. Ahora sabemos cómo se puede hacer que una fina capa de silicio "piense" al convertirla en un chip de computadora.
Son posibles otros cambios, en particular, dotar a los materiales de características naturales que nunca tendrían espontáneamente en la naturaleza. Una forma de lograrlo es modificando su estructura a escala nanométrica.
Científicos del Instituto Max Planck (Alemania), el Instituto de Tecnologías Electrónicas Emergentes (Alemania) y la Universidad de Viena (Austria) han descubierto que pueden convertir un material en un superconductor cambiando su configuración 3D, construyendo nanoestructuras complejas.
Anunciaron su descubrimiento en Advanced Function Material1, bajo el título "Nanoarquitecturas superconductoras tridimensionales reconfigurables.
Por qué las nanoestructuras 3D son clave para superar los límites de la tecnología 2D
Muchos sistemas a nanoescala están diseñados 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 ha optado por el CMOS apilado en 3D para lograr una 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 la polarización de banda ancha o los índices de refracción negativos, cada uno con su propio y amplio potencial de aplicaciones.
Lo mismo ocurre ahora con los conductores y superconductores, con la construcción de un proceso que funciona como una nanoimpresora 3D, construyendo estructuras no sobre 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 tridimensionales se comportarían de forma muy diferente a las bidimensionales. Esto es especialmente cierto en el caso de los superconductores, materiales sin resistencia eléctrica, donde se esperaba que las estructuras tridimensionales permitieran el control local de los vórtices superconductores.
El descubrimiento de este tipo de “vórtice magnético” fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 2003 y supuso un avance clave para explicar el funcionamiento de la superconductividad.
Fuente: Premio Nobel
La estructuración 3D de material superconductor también debería crear fenómenos cuánticos completamente nuevos (como el “Estado nodal en una banda de Möbius superconductora“) que luego los investigadores podrían utilizar para desarrollar aplicaciones prácticas.
Cómo los científicos construyeron una nanoimpresora 3D para superconductores
Los investigadores utilizaron deposición inducida por haz de electrones enfocado en 3D (3D FEBID), un método conocido para construir nanoestructuras 3D que hasta ahora no se había utilizado para materiales superconductores.
Construyeron una estructura piramidal con cuatro filamentos nanoscópicos que se apoyan entre sí. Está hecha de carburo de tungsteno (WC) superconductor.
Fuente: Material de función avanzada
Luego confirmaron que la estructura exhibe una transición superconductora aguda alrededor de 5°K (-268°C / -450°F).
Luego midieron que los vórtices pueden propagarse a lo largo de la estructura en un movimiento tridimensional, lo que genera una transferencia de información y voltaje a gran distancia. La estructura tridimensional también controlaba la forma de los vórtices.
Fuente: Material de función avanzada
Superconductividad reconfigurable con campos magnéticos
Cambiando la dirección de un campo magnético, la característica superconductora podría activarse y desactivarse esencialmente a voluntad, debido a la forma de los vórtices.
Fuente: Material de función avanzada
Esto permitió la creación de una estructura 3D completamente superconductora (SC), sólo la mitad superconductora, o completamente, con resistencia eléctrica normal (N).
Fuente: Material de función avanzada
La posibilidad de crear diferentes estados de superconductividad dentro de la estructura se vuelve más interesante ya que estas estructuras 3D se pueden construir en serie y unir entre sí, utilizando un sistema llamado Los puntos débiles de Josephson.
“Descubrimos que es posible activar y desactivar el estado superconductor en diferentes partes de la nanoestructura tridimensional, simplemente girando la estructura en un campo magnético.
¡De esta manera pudimos realizar un dispositivo superconductor “reconfigurable”!
Esto abre la puerta a la construcción de complejos conjuntos superconductores a partir de subcomponentes individuales, como por ejemplo puentes colgantes nanoscópicos.
Fuente: Material de función avanzada
Cómo los superconductores 3D podrían revolucionar los sensores y chips cuánticos
Si bien es extremadamente impresionante, al principio puede resultar un poco confuso cómo este dominio de la impresión 3D a escala nanométrica de material superconductor se puede utilizar para aplicaciones del mundo real.
En primer lugar, ya se sabe que los enlaces débiles de Josephson pueden utilizarse para crear sensores de campo magnético ultrasensibles. Anteriormente, era necesario incorporar y predeterminar dicho sistema en el diseño de la película delgada 2D. Con este sistema reconfigurable, una ventaja inherente de la estructura 3D es que permite implementar mediciones mucho más precisas y controlables.
Otro campo que se beneficiará es la computación basada en superconductores, incluyendo la neuromórfica energéticamente eficiente y la computación cuántica. La mayor interconectividad y complejidad que ofrecen las geometrías 3D debería contribuir a la creación de chips informáticos más complejos y potentes para estos sistemas.
En última instancia, esto podría constituir los componentes básicos de las uniones tridimensionales multiterminales y las matrices interconectadas de enlaces débiles reconfigurables. En conjunto, esto debería cambiar radicalmente la forma en que se puede construir una computadora cuántica, superando los sistemas 3D 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 en el mundo real
(AMSC )
AMSC es una empresa que ofrece soluciones energéticas para la red eléctrica, los barcos y la energía eólica. En general, cuanto más grande o más consumidor de energía es un sistema, más requiere tecnología superconductora para evitar el sobrecalentamiento.
A pesar de su nombre, ASMC no sólo suministra sistemas superconductores sino también, por ejemplo, transmisiones por engranajes para turbinas eólicas.
La empresa se basa en múltiples factores de crecimiento, incluida la tendencia a la electrificación y la digitalización (incluidos los centros de datos con inteligencia artificial), la relocalización de las capacidades de fabricación de Estados Unidos y la necesidad de que las armadas de la anglosfera se modernicen en respuesta a los crecientes riesgos geopolíticos.
En el segmento de suministro de energía, AMSC ha experimentado un aumento constante de los pedidos, impulsado por las fábricas de semiconductores que buscan protegerse de las fluctuaciones de la red eléctrica, ayudando a la red a lidiar con la naturaleza intermitente de las energías renovables y el suministro de energía y los controles en los sitios industriales.
AMSC opera principalmente con Sistemas de Control Eléctrico (ECS) en el segmento de aerogeneradores. Históricamente, ESC fue un segmento fuerte para la compañía con sus aerogeneradores de 2 MW, pero ha decaído progresivamente. AMSC aspira a una recuperación gracias al nuevo diseño de aerogenerador de 3 MW, con especial atención al mercado indio.
Para buques militares, ASMC proporciona el sistema de contramedidas de minas magnéticas superconductoras de alta temperatura de AMSC, que altera la firma magnética de los buques para protegerlos de las minas marinas. Este sistema se vende a las armadas de EE. UU., Canadá y el Reino Unido, con pedidos por valor de 75 millones de dólares hasta la fecha.
En general, ASMC es el mejor en aprovechar la tecnología de superconductores en aplicaciones específicas que son viables hoy en día, y probablemente esté preparado para implementar más avances en el futuro.
Los inversores también deben tener en cuenta que las acciones han experimentado una volatilidad extrema en el pasado y deben calcular los riesgos en consecuencia.
Entradas Corporación americana de superconductores (AMSC) Noticias y desarrollos bursátiles
Estudios referenciados:
1. Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et al.La ingeniería de fases estructuralmente compleja permite obtener aleaciones de Al tolerantes al hidrógeno. Nature641, 358 – 364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2
