Producen un transistor capaz de simular el funcionamiento de las neuronas

El dispositivo almacena la información en su propia estructura, prescindiendo de la unidad complementaria de memoria. Esta arquitectura podrá emplearse como plataforma para la fabricación de calculadoras supercompactas

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Partiendo de experimentos y modelados, investigadores de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en São Paulo, Brasil, de la Universidad de Wurzburgo, en Alemania, y de la Universidad de Carolina del Sur, en Estados Unidos, crearon un transistor capaz de simular algunas funcionalidades de las neuronas. El dispositivo, que posee partes micrométricas y partes nanométricas, logra ver la luz, contar y almacenar información en su propia estructura, prescindiendo de una unidad complementaria de memoria.

Su descripción aparece en el artículo intitulado “Nanoscale Tipping Bucket Effect in a Cuantum Dot Transistor-Based Counter”, publicado en la revista Nano Letters. La investigación contó con el apoyo de la FAPESP en el marco de los proyectos intitulado “Propiedades de transporte y computación cuántica en nanoestructuras”, “Network for nano-optics and nano-electronics” y “Fenómenos ópticos y de transporte en nanodispositivos”.

“En este trabajo demostramos la capacidad de los transistores basados en puntos cuánticos [quantum dots] de ejecutar operaciones complejas directamente en la memoria. Esto puede derivar en el desarrollo de nuevos tipos de dispositivos y circuitos computacionales, en los cuales las unidades de memoria estén combinadas con las unidades de procesamiento lógico, ahorrando espacio, tiempo y consumo de energía”, dijo Victor Lopez Richard, docente del Departamento de Física de la UFSCar y uno de los coordinadores del estudio.

Este transistor se elaboró empleando técnicas de crecimiento epitaxial, es decir, por sedimentación de capas ultradelgadas sobre un sustrato cristalino. En esta base microscópica, gotas nanoscópicas de arseniuro de indio funcionan como puntos cuánticos, confinando electrones en estados cuantizados. Las funcionalidades de memoria son producto de la dinámica de carga y descarga eléctrica de los puntos cuánticos, que engendra niveles de corriente con una periodicidad modulable a través del voltaje aplicado en las puertas [gates] del transistor o de la luz absorbida por los puntos.

“La gran virtud de nuestro dispositivo consiste en que posee una memoria intrínseca, almacenada como carga eléctrica en el interior de los puntos cuánticos. El quid de la cuestión radica en controlar la dinámica de esas cargas, de manera tal que el transistor pueda manifestar distintos estados. Sus funcionalidades abarcan las capacidades de contar, recordar y realizar las operaciones aritméticas sencillas que normalmente realizan las calculadoras. Pero a escalas de espacio, tiempo y energía incomparablemente menores”, informó Lopez Richard.

Según el investigador, no se espera que este transistor se utilice en computación cuántica, pues ésta se basa en otros efectos cuánticos, como el “entrelazamiento”. El entrelazamiento se produce cuando se generan o interactúan pares o grupos de partículas de modo tal que el estado cuántico de cada partícula no puede describirse independientemente, sino que depende del conjunto, por más alejadas que se encuentren dichas partículas unas con relación a las otras.

Pero sí puede llevar a la elaboración de una plataforma utilizable en aparatos tales como contadores o calculadoras, con la memoria intrínsecamente vinculada al propio transistor, y todas las funcionalidades disponibles dentro del mismo sistema a escala nanométrica, sin necesidad de contar con otro espacio del almacenamiento.

“Asimismo, como los puntos cuánticos son sensibles a los fotones, podemos decir que el transistor es capaz de ver la luz. Y al igual que el voltaje eléctrico, la absorción fotónica permite controlar la dinámica de carga y descarga de los puntos cuánticos, simulando las respuestas sinápticas y algunas funcionalidades neurales”, añadió.

Pero será necesario realizar nuevas investigaciones antes de que este transistor pueda utilizarse como recurso tecnológico. Sucede que, por ahora, sólo funciona a temperaturas extremadamente bajas, del orden de los 4 kelvin, correspondientes a la temperatura del helio líquido. “Nuestra meta apunta a que sea funcional a otros niveles, incluso a temperatura ambiente. Para ello los espacios electrónicos del sistema deberán estar lo suficientemente espaciados, de manera tal de que no se vean afectados por la temperatura. Habrá que controlar mejor también las técnicas de síntesis y crecimiento del material, a los efectos de sintonizar los canales de carga y descarga. Y también la cuantización de los estados almacenados en los puntos cuánticos”, acotó Lopez Richard.