La Ley de Moore y La Mecánica Cuántica

Tal como les prometí en mi artículo: La Mecánica Cuántica explicada en mis propias palabras y sin matematicas, hoy les voy a contar lo que está sucediendo con esta Ley que tiene muchas interpretaciones. De nuevo les recomiendo primero leer el artículo anterior y después este pues voy a mencionar muchas cosas del mismo.

La Ley de Moore:

La mejor “encarnación” de esta Ley es la que dice básicamente que la cantidad de transistores mosfet dentro de un procesador (Intel) se duplica cada 18 meses.

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Imagen: Créditos a su Autor

Para que tengan un idea el procesador Intel Core i9-9900K tiene 1.736 billones de transistores dentro, es decir 1.736 millones de millones de transistores a una escala de integración de 14nm lo que significa o mide el tamaño de un solo transistor mosfet , por ende tiene un tamaño de 14 mil millonésimas parte de un metro o la millonésima parte de un milímetro.

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Imagen: Créditos a su Autor

Que es un Transistor Mosfet ?

Un MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) es un tipo de transistor que al igual que las antiguas válvulas utiliza Voltaje (Volts) y no Corriente (Ampers) como el común transistor bipolar. Actúa como un interruptor, por ej. el de la luz de sus casas, si se aplican ciertas condiciones, veamos un ejemplo.

Este interruptor se encuentra abierto es decir no conduce, la luz está apagada:

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Ahora vamos a armar nuestro transistor mosfet. Source y Drain sería los contactos del interruptor de arriba y están hechos de silicio, un elemento semiconductor así como también el espacio entre ellos.

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Luego vamos a introducir impurezas como por ej. fósforo (esto se llama dopaje)  en Source y Drain y con esto estaremos agregando electrones extra. Cuando la concentración sea alta entonces el silicio dopado se tornará casi como un metal conductor.

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Así que por ahora Drain  y Source son como los extremos del interruptor, lo que nos está faltando es la palanca en sí, es decir lo que accionamos cuando vamos a encender la luz.

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Esta será Gate la cual está hecha de metal o nuevamente de silicio altamente conductor y va colocada arriba del material aislante como se ve en la figura. Si no hacemos nada entonces el mosfet actuará tal como el interruptor abierto del principio. Pero si por el contrario aplicamos una tensión positiva en Gate, una batería por ej. entonces los electrones van a ser atraídos hacia Gate ya que los electrones son cargas negativas.

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De esta forma los electrones se ven atraídos hacia Gate y se establece un canal conductor entre Source y Drain que los conecta, es decir que hemos cerrado el switch y tenemos luz sin movimiento mecánico solo habiendo aplicando una tensión positiva en Gate.

La Escala de Integración en los Mosfet:

Viendo las imágenes de arriba diremos que la mínima distancia que se necesita para colocar un transistor mosfet es la que hay entre Source y Drain (incluídas estas). Es la mejor medida que podemos sacar de cuánto espacio se necesita en realidad para el mosfet.

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La Ley de Moore en Acción:

Bueno ahora si vamos a empezar con todo, esa distancia que hay entre Source y Drain a una escala de integración de 20nm es de 50 átomos de silicio aproximadamente, esto significa que estamos llegando a un nivel en donde entran a regir las Leyes de la Mecánica Cuántica. Para el 2025 la distancia será de apenas 4 átomos y en ese momento ya no se podrá evitar el efecto de Quantum Tunneling, es decir que los electrones van a pasar igual sin necesidad de aplicar un voltaje en Gate. Esta es la Ley de Moore en acción y su único significado.

Quantum Tunneling: Tal como les digo arriba, esto es lo que va a suceder si la distancia entre Source y Drain es muy poca, los electrones van a pasar igual sin la necesidad de una carga positiva que los atraiga.

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Imagen: Créditos a su Autor

Nota del Editor:

Para seguir fabricando chips es necesario una mayor escala de integración y mantener alejada a la mecánica cuántica. Esto es lo que ha llevado a los científicos a moverse a las computadoras cuánticas, pues el límite ya es físico y no tiene vuelta atrás. La transición del Bit al Qubit ya hace tiempo es una realidad y para los chips comunes o no-cuánticos hay que “contener” dicha barrera.

Más información:

 

Fuentes de Información: Albert Einstein, Niels Bohr, Jim Al-Khalili, Dominic Walliman, Brian Cox, Andrea Morello

Por: Sergio Echart, Fundador & Director de Uruguay OC

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