Universidad de Zaragoza CSIC
Determinan la mínima energía necesaria para borrar un bit
Publication Date:  12/04/2018

 

Una colaboración internacional, en la que participan investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA, centro mixto CSIC-Universidad de Zaragoza) y de las universidades de Delft (Holanda) y Kyoto (Japón), ha conseguido medir la energía mínima necesaria para borrar un bit magnético de información. El protocolo utilizado en los experimentos aprovecha procesos de origen cuántico para demostrar que es posible procesar información de manera rápida manteniendo, al mismo tiempo, una eficiencia energética óptima. El trabajo acaba de ser publicado en el último número de la prestigiosa revista Nature Physics.

La información no es un ente abstracto sino que necesita un soporte material en un dispositivo, sea éste un ordenador, el teléfono móvil o nuestro cerebro. El uso que cada día hacemos de éstos conlleva un consumo energético considerable: se calcula que casi un 5% de la energía consumida a nivel mundial se destina a tareas relacionadas con la informática. En 1961, Rolf Landauer, un físico teórico trabajando en IBM, mostró que es posible ahorrar buena parte de esta energía, pero que es imposible alcanzar un coste cero. La energía mínima está asociada con el borrado de la memoria y aparece como consecuencia del segundo principio de la Termodinámica, que nos dice que el Universo tiende de manera espontánea a aumentar su desorden y que ordenar cuesta trabajo. A pesar de su interés científico y de sus implicaciones tecnológicas, no existen apenas pruebas experimentales de este “límite de Landauer” en sistemas similares a las memorias magnéticas que se usan habitualmente en nuestros discos duros.

En esta investigación se han usado un cristal de moléculas magnéticas que, a bajas temperaturas, tienen memoria: dos orientaciones del espín molecular pueden codificar y almacenar los estados ‘0’ y ‘1’ de un bit, de manera análoga a como ocurre con un disco duro magnético. Experimentos llevados a cabo en los laboratorios del ICMA a temperaturas próximas al cero absoluto han aplicado un protocolo que permite “borrar” esa información, es decir, poner todos los bits en el mismo estado ‘1’ independientemente de su estado inicial. Debido a su tamaño microscópico, cada molécula contiene tan sólo ocho átomos de hierro, el borrado tiene lugar mediante procesos de origen cuántico, como el efecto túnel, en los que el espín se encuentra en ‘0’ y ‘1’ a la vez. Los resultados muestran que estos procesos permiten alcanzar el coste mínimo predicho por Landauer y a velocidades muy altas.

Este hallazgo es prometedor porque ofrece un método para aprovechar “atajos” cuánticos para llevar a cabo computación de manera eficiente y, a la vez, rápida. Por otra parte, muestra que la computación cuántica no es sólo más potente a la hora de resolver ciertos problemas, como la búsqueda en grandes bases de datos, sino que puede también alcanzar una mayor eficiencia energética que la computación convencional (o clásica). Eso sí, como ilustran estos experimentos, sigue requiriendo una energía mínima que obedece a las leyes fundamentales de la termodinámica.

Referencia al artículo original:

http://rdcu.be/JnYk

Quantum Landauer erasure with a molecular nanomagnet, R. Gaudenzi, E. Burzurí, S. Maegawa, H. S. J. van der Zant and F. Luis

Nature Physics, Volume, Issue, page, (2018). https://doi.org/10.1038/s41567-018-0070-7



Imagen: Borrado “cuántico” de un bit magnético