1                                      NANOTECNOLOGÍA                                                      Wilmer Tamay Pe...
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Nanotecnologia

  1. 1. 1 NANOTECNOLOGÍA Wilmer Tamay Peralta wtamayp@est.ups.edu.ec hhhhhhhhhhhhhhhggkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkvvvvvvvvvvvvvvvvvvvkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk Universidad Politécnica Salesiana Abstract—Speaking of nanotechnology in these times is very Una de las críticas principales del desarrollo a gran escala decommon, the technology will change our perception of the world la nanotecnología ha sido que no existe un equivalente de unwe live in, because it goes beyond our logic and regard to quan- alambre por el que no conducen la electricidad para conectartum mechanics, part of the physics, where there is uncertainty,a clear example of quantum computers that transmit network las diferentes partees de la nanomáquina, dandole el poder paracodes for the defense of the United States in less than a minute, operar y realizar ses funciones necesarias. Este problema, estábeating traditional computers would need to decode nearly 20 siendo abordado por los científicos con la aplicación de losyears. Invisibility nanotubes, or carbon superconductivity are nanotubos de carbono , que fueron descubiertos en 1991 portechnological tools that misuse can be dangerous, the development inventores de NEC. Estos tubos se encuentran entre las fibrasof new technology expands the horizons dramatically. más fuertes y conocidas por el hombre y tienen excelentes propiedades electrónicas, además de ser capaz de funcionar I. INTRODUCCIÓN a temperaturas extremas. estudios recientes han demostrado, sin embargo, que una cantidad severa de daño puede ser Para tener una idea de lo que es la nanotecnología, empece- causado a los pulmones si los nanotubos de carbono se inhalanmos por aclarar el significado del prefijo “nano”: este hace accidentalmente. [1]referencia a la milmillonésima parte de un metro, un átomo esla quinta parte de esa medida, es decir, cinco átomos puestosen línea suman un nanómetro; todos lo materiales, dispositivos, A. Nanotubos de Carbonoinstrumental, etc., que entren en esa escala, desde 5 a 50 ó 100 Los nanotubos de carbono están constituidos por redes exag-átomos es lo que se conoce con el nombre de Nanotecnología. onales de carbono nanométricos con una serie de propiedades Cada día la nanotecnología se está volviendo algo habitual, fascinantes que fundamentan el interés que han despertadoy nos hemos dado en cuenta de que esa es la única forma en numerosas aplicaciones tecnológicas. Son sistemas ligeros,de hacer cosas extraordinarias, gracias a esto se puede dar huecos y porosos que tienen alta resistencia mecánica, ynuevos avances tecnológicos a pasos agigantados, con esto la por tamto, interesantes para el reforzamiento estructural deeconomía mejorará, y en el 2020 los chips apenas costarán un materiales y formación de composites de bajo peso, altacéntimo y serán la base sobre la que se construirán los avances resistencia a la tracción y enorme elasticidad. [2]más insólitos. los ordenadores serán un servicio público aligual que el agua y la electricidad. las pantallas serán flexibles,el papel será inteligente; la tecnología tratará de tocar a laspersonas. Hay que tener en cuenta de que la nanotecnología ya nosolo forma parte de algo electrónico o mecánico, dicho enotras palabras ya no solo forma parte de la ingeniería sinoque ahora abarca un problema de la física moderna. II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS La nanotecnología fue puesta por primera vez por el premioNobel Richard Feynman en un artículo ingenioso titulado Figure 1. Nanotubos de Carbono de Distintas Geometrías“Hay mucho sitio al fondo”. Feynman imaginó la capacidadteórica de la nanotecnología en el año de 1959, que dice:“Quiero construir un billón de pequeñas fábricas modelos, 1) Aspectos Innovadores: El aspecto innovador de losel uno del otro, que se fabrican de forma simultánea... Los materiales de carbono de escala nanométrica, fullerenos yprincipios de la física, en la medida que puedo ver, no hablan nanotubos, reside en que reúnen las siguientes propiedades:en contra de la posibilidad de maniobrar las cosas átomo por • Habilidad para trabajar a escala molecular, átomo aátomo. No se trata de un intento de violar cualquier ley, sino átomo. Esto permite crear grandes estructuras fundamen-que es algo que, en principio, que se puede hacer, pero en la talmente con nueva organizacion molecular.práctica, no se ha hecho porque somos demasiado grandes”. • Son materiales de “base”, utilizados para la síntesis de[1] nanoestructura vía autoensamblado.
  2. 2. 2 • Propiedades desimetría únicas que determinan sus poten- el átomo A con el átomo B; A explora a B, de modo que ciales aplicaciones en campos que van desde la elec- el contenido de información del átomo A es transferido al trónica, formación de composites, almacenamiento de átomo B; A y B se entrelazan en el proceso. Pero puesto que energía, sensores o biomedicina. [2] B y C estaban originalmente entrelazados, la información 2) Aspecto de la Salud: Pruebas llevadas a cabo con dentro de A ha sido transferida al átomo C. en conclusión,ratones de laboratorio indican que una exposición prolongada el átomo A a sido teletransportado al átomo C, es decir, ela esas estructuras tubulares de diámetro equivalente a una contenido de información de A es ahora idéntico al de C. [4]millonésima de metro podrían activar enfermedades como elmesotelioma, un céncer que afecta a la membrana que recubrelos pulmones. Los resultados del estudio, llevado a cabo por científicosde Edimburgo, Manchester y Estados Unidos y publicados enla revista “Nature Nanotechnology”, señalan que ese tipo deexposición produce inflaciones y lesiones en los ratones. [3]B. Teletransportación El teletransporte, o la capacidad de transportar instantánea-mente a una persona o un objeto de un lugar a otro, es unatecnología que podría cambiar el curso de la civilización y Figure 2. Teletransporte Cuánticoalterar el destino de las naciones. Podría alterar de manerairrevocable las reglas de la guerra: los ejércitos podrían tele- C. Ordenes Cuánticostransportar tropas detrás de las líneas enemigas ó simplemente Los ordenadores cuánticos van contrario a la lógica de losteletransportar a los líderes del enemigo y capturarlos. El ordenadores actuales. Ya que su concepto de funcionamientosistema de transporte actual -desde los automóviles, barcos, rompe todo paradigma del concepto actual de funcionamientoaviones, trenes y todas las industrias encargasdas de esto se de computadoras, es decir, dejaría de existir los bits que solovolverían obsoletas; el teletransporte cambiaría todo. [4] pueden adquirir valores de 1 ó 0. 1) El Teletransporte y la Teoría Cuántica: Según la teoría La miniaturización de circuitos tiene un límite ya que elnewtoniana, el teletransporte se claramente imposible. Las reducir tanto su tamaño hace que produzcan demasiado calor.leyes de Newton se basan en la idea de que la materia está Por otra parte, a la escala nanométrica entran las leyes de lahecha de minúsculas y duras bolas de billar. Los objetos no se física cuántica al juego, en la que los electrones se comportanmueven hasta que se los empuja; los objetos no desaparecen de una manera probabilística. [5]de repente y reaparecen en otro lugar. [4] Los ordenadores cuánticos están aún en su infancia, el La Teoría Cuántica, eso es precisamente lo que las partículas récord mundial para una computación cuántica es 3 × 5 = 15,pueden hacer. Las leyes de Newton, que imperaron durante 250 que difícilmente es un cálculo que suplante a los superorde-años, fueron abolidas en 1925, cuando Werner Heisenberg, Er- nadores de hoy. El teletransporte cuántico y los ordenadoreswin Schródinger y sus colegas desarrollaron la teoría cuántica. cuánticos comparten lamisma debilidad fatal: deben mantenerAl analizar las extrañas propiedades de los átomos, los físicos la coherencia de grandes conjuntos de átomos. Si pudieradescubrieron que los electrones actuaban como ondas y hacían resolver este problema, sería un avance trascendental en ambossaltos cuánticos en sus movimientos aparentemente caóticos campos. [4]dentro de los átomos. [4] La CIA y otras organizaciones secretas están interesadas en 2) Teletransporte Cuántico: En 1993, científicos de IBM, los ordenadores cuánticos. Muchos de los códigos secretosdirigidos por Charles Bennett, demostraron que era físicamente en todo el mundo depende de una <<clave>> que es unposible teletransportar objetos, al menos en el nivel atómico, número entero muy grande, y de la capacidad de factorizarloutilizando el experimento EPR. [6] (Exactamente, demostraron en números primos. Si la clave es el producto de dos números,que se podía teletransportar toda la información contenida cada uno de ellos de 100 dígitos, entonces un ordenador digitaldentro de una partícula). Desde entonces los físicos han sido podría necesitar más de 100 años para encontrar estos doscapaces de teletransportar fotones e incluso átomos de cesio factores partiendo de cero. Un código semejante es hoy díaenteros. Quizá en unas pocas décadas los científicos sean esencialmente irrompible. [4]capaces de teletransportar la primera molécula de ADN y el Algunos científicos han especulado con que en el futuroprimer virus. [4] la economía munfial podría depender de los ordenandores El teletransporte cuántico explota algunas de las cuánticos. Se espera que los ordenadores digitales basados enpropiedades más extrañas del experimetno EPR. En estos el silicio, alcancen su límite físico en términos de potenciaexperimentos de teletransporte, los físicos empiezan con dos de ordenador en algún momento después de 2020. Podría serátomos, A y C, supongamos que queremos teletransportar necesaria una nueva y más poderosa familia de ordenadoresinformación del átomo A al átomo C. Entonces introducimos para que la tecnología pueda seguir avanzando. Otros estánun tercer átomo B que inicialmente se entrelaza con C de explorando la posibilidad de reproducir el poder del cerebromodo que B y C son coherentes. Luego ponemos en contacto humano mediante ordenadores cuánticos. [4]
  3. 3. 3 En el corazón de la computadora cuántica reina el flamante es relativo, porque muchas de las cosas que tenemos hoy, sey elusivo sucesor del bit: el Qubit o quantum binary digit, creían imposibles hace algunos siglos y hasta algunos años;que puede presentar uno de los dos estados del bit (1 y 0) como dijo Albert Einstein “Si una idea no parece descabelladapero también es capaz de colocarse entre valores de 0 y 1. Al desde el prindipio pocas esperanzas hay de ella”, por lo quesuperponer estados, los qubits pueden procesr la información es verdad porque se creía imposible que algo más pesado queen simultáneo, en lugar de hacerlo en serie o en paralelo, el aire pudiera volar y sin embargo ya hemos llegado hasta lacomo las computadoras actuales. Por ejemplo, para procesar luna, la nanotecnología promete mucho ya que se dominaría el8 bits en paralelo se usarían 8 bits físicos que en un ciclo de principal material del que se está echo todo; anteriormente secomputación representan un solo valor de 256 posibles, con lo estudiaban los átomos solo como un acto de fe poruqe no se loscual el sistema tiene 256 estados. Procesar todos los estados veía, en la actualidad se pueden mover átomos individuales yrequeriría igual cantidad de ciclos como mínimo. En cambio, hasta se han fabricado máquinas a escala nanométrica; con unen la computadora cuántica 8 qubits podrían asumir todas las único problema es que en el mundo tan pequeño de los átomoscombinaciones de estados de 8 bits y procesar todo en un solo las improbabilidades reinan, tomando el mando la principal leyciclo de computación. [6] de la mecánica cuántica que es la superposición que nos dice 1) El Qubit: La unidad de información cuántica es el Qubit, que se puede hacer varias cosas a la vez como los qubits queo bit cuántico. Es la información almacenable en un sistema nos permimten tener estados de 1, 0 ó ambos estados a la vez,cuántico con dos estados: un spin, la polarización de un fotón, es decir que para dar una conclusión de lo que va a suceder enlos átomos con 2 estados relevantes, etc., con qubits. Aparte de algún evento deberíamos sumar todas las funciones de ondalos estados 0 y 1, los qubits poseen otros estados intermedios, de cada evento posible, tomemos de ejemplo, en el extrañoque ni son 0 ni 1, sino ambos a la vez, flotando en una neblina mundo cuántico todo objeto está descrito por la suma de todosentre estos dos valores. los estados posibles, es decir que si un gato se describe en este Toda información clásica es codificable en binario. Con 8 modo cuántico, significa que hay que sumar la función de ondabits tenemos de sobra para asignar un número en binario a cada de un gato vivo a la de un gato muerto, de modo que el gatosigno del teclado y así digitalizar cualquier texto, por ejemplo no está ni vivo ni muerto. Es así como se toma complicado elEl Quijote, representándolo por una cadena de bits o por una manejo de la teoría cuántica.cadena de condensadores cargados o descargados; midiendo La velocidad del progreso se está duplicando cada décadaestas cargas podemos reconstruir la obra de Cervantes. Con y ahora con la nanotecnología se hará un crecimiento expo-Qubits haríamos lo mismo, pero con cuidado extremo a la hora nencial, y significa literalmente que las tecnologías cada vezde leer. Porque si por ejemplo los estados base de los qubits se tornaran peligrosas con un mal uso de éstas, por lo quecon que salvamos El Quijote son “spin para arriba”, “spin no se hablará de progreso mientras haya un irresponsabilidadpara abajo”, pero luego a la hora de leer nos equivocamos en su manejo, el futuro del mundo está en las manos de estay medimos “spin para la derecha”, “spin para la izquierda”, y la siguiente generación , así pues basados en los hechoslos resultados obtenidos serán aleatorios, El Qijote será ir- más relevantes, tenemos la tecnología cuántica, la teoría delreconocible, y lo que es peor nmo habrá forma de deshacer, ADN y la relatividad, por lo que la nanotecnología trae unasiendo preciso codificar de nuevo la genial novela. Los bits son revolución cuántica que cambiaría todo desde los hechos másrobustos, pero los qubits son sumamente frágiles ante cualquier insignifocantes hasta los más gigantescos.intento de inspección. La obtención de información sobre unsistema cuántico generalmente lo perturba. [7] R EFERENCES [1] Dr. Michio Kaku. (2010). The World of Nanotechnology. [Online]. Disponible en: <http://bigthink.com/ideas/19569>. [ consulta: 15 Julio 2012]. [2] Portal Ciencia. (2005). Nanotecnología, Nanocien- cia, Nanotubos de Carbono [Online]. Disponible en: <http://www.portalciencia.net/nanotecno/nanotubo.html>. [consulta: 17 Julio 2012]. [3] Salud.com. [Online]. Disponible en: <http://www.salud.com/salud- en-general/nanotubos-carbono-conllevan-riesgos-similares-a-los-del- amianto.asp>. [Consulta: 17 Julio 2012]. [4] Dr. Kaku Michio. The physic of the impossible. Buenos Aires: 2009 (Editorial Sudamericana S.A.). [consulta: 18 Julio 2012]. [5] Autorneto. (2008). Computadoras del Futuro. [Online]. Disponible en: <http://autorneto.com/tecnologia/computadoras-del-futuro/>. [con- sulta: 20 Julio 2012]. [6] Revista Electrónica. (2009). Computación Cuántica. [Online]. Disponible en: <http://www.tec.url.edu.gt/boletin/URL_12_SIS01.pdf>. [consulta: 20 Julio 2012]. [7] Mario Vélez, Andrés Sicard. (2001). Departamento deFigure 3. Qubit en Coordenadas Esféricas Ciencias Básicas. El Formalismo de la Teoría Gauge en la Computación Cuántica. [Online]. Disponible en: <http://www.revcolfis.org/publicaciones/vol33_2/articulos/pdf/33280.pdf>. III. CONCLUSIONES [consulta: 22 Julio 2012]. La nanotecnología nos habre un mundo donde lo imposiblese hace posible, ya que debemos haceptar que lo imposible

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