martes, 26 de julio de 2016

Investigadores desarrollan disco duro que almacena la información en átomos

Un grupo de investigadores de la Universidad de Delft (Holanda) en colaboración con el Instituto Internacional Ibérico de Nanotecnología ha creado el primer disco duro que guarda la información átomo a átomo.

El enfoque, tiene tantas características ingeniosas que es difícil saber por dónde empezar la descripción. Para iniciar los investigadores evaporaron cloro y cubrieron con ello una superficie de cobre. Con el tiempo suficiente se formó una capa de un solo átomo de cloro que cubrió totalmente la superficie de cobre. En este punto si se interrumpe el proceso de síntesis, se termina con una combinación de átomos de cloro y espacios vacíos en la superficie. Para evitarlo se usa un microscopio de efecto túnel, que registra el estado electrónico de la superficie, con el que se puede detectar fácilmente la diferencia entre un átomo de cloro y un espacio vacío.

Superficie del disco duro creado en colaboración holandesa-española. Créditos Universidad de Delft.

Para mantener la ubicación de los átomos de cloro la temperatura debe estar por encima de 70° K, con ello los datos se mantienen estables durante al menos 44 horas.

Los científicos decidieron almacenar la información moviendo los átomos alrededor, labor que se pueden hacer con facilidad y con una tasa de error de menos del uno por ciento. Para almacenar tomaron como referencia si el átomo está en el "top" en su marco de referencia, si es así el bit almacena un 1, pero si esta en la parte inferior, se almacena un cero.

Los investigadores dividieron los datos en bloques de ocho bytes, separados por cuatro átomos. Para distinguir cada bloque se valió de la ubicación de átomos asignados en la parte superior izquierda. Si en el bloque había átomos insuficientes o agujeros se marcó como un bloque defectuoso.

Como si esto fuera poco, también se escribió el equivalente a un sistema operativo para el disco duro, como se muestra en el vídeo. Sin intervención humana, el sistema escanea la superficie del cobre, cuenta los átomos y agujeros, luego calcula la mejor manera de colocar los bloques, una en la que haya el mayor número de bloques con mínimo número de movimientos. Cuando se almacenan los datos, el sistema simplemente pasa por cada átomo y lo mueve hasta que el bloque tenga el valor previsto y luego se pasa al siguiente bloque. Los bloques no se pueden borrar ni escribir sobre ellos.

Este sistema no es muy eficiente, ya que toma dos minutos escribir un solo bloque y otro minuto para leerlo. Incluso con un microscopio de efecto túnel de alta frecuencia, el ancho de banda máximo es de 1 Mbit/segundo. Aún así, funciona, ya que los autores codificaron un mensaje con un tamaño de un kilobyte. Los datos que ellos escribieron fue parte del texto de una conferencia de Richard Feynman llamado "hay mucho sitio al fondo" además de un pasaje de Darwin sobre "el origen de las especies".

En promedio, el 12 por ciento de los bloques no son adecuados para almacenar datos. Incluso teniendo en cuenta esos bloques, el sistema es capaz de almacenar poco menos de un bit por nanómetro cuadrado, que conduce a una densidad de 500 terabits por pulgada cuadrada. Suponiendo que las capas apiladas sean de cobre, se podía llegar a almacenar toda la Biblioteca del Congreso en un cubo microscópico.

No obstante la necesidad de un microscopio de barrido de efecto túnel para leer los datos, -así como un suministro constante de nitrógeno líquido para mantener la capa de cloro- limitan su practicidad. Sin embargo, el sistema sigue siendo bastante impresionante, y que pone de relieve lo que puede lograrse al controlar átomos de forma individual.

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