Los hipercubos podrían ser los bloques básicos de las nanocomputadoras

Hipercubos en dos, tres, cuatro y cinco dimensiones. (Imágenes de Wikipedia).

Las estructuras multidimensionales llamadas hipercubos pueden actuar como las nanocomputadoras del mañana – máquinas hechas de elementos tan diminutos que no están dominadas por las fuerzas que nos son cotidianas, sino por las propiedades cuánticas.

Como explican Samuel Lee y Loyd Hook de la Universidad de Oklahoma, los dispositivos microelectrónicos están continuamente haciéndose más pequeños y más rápidos, de acuerdo con la Ley de Moore. Los circuitos integrados y transistores ya están alcanzando la escala nanométrica, aunque siguen funcionando basándose en las propiedades físicas de la macroescala. La verdadera nanoelectrónica, explican los investigadores, no es simplemente escalar hacia abajo la microelectrónica, sino que los dispositivos estarán dominados por las propiedades cuánticas, y por tanto se requerirán novedosas arquitecturas y estructuras.

“Comparado con los microordenadores de hoy, la principal ventaja de los nanocomputadores es la alta densidad de integración de circuitos, bajo consumo de energía, mayor velocidad de cómputo y más capacidades de cálculo paralelas y distribuidas”, dijo Lee a PhysOrg.com.

Por ejemplo, los circuitos integrados actuales procesan información en forma de un flujo continuo de electrones. Los circuitos integrados nano, no obstante, pueden procesar electrones individuales, reduciendo la escala y consumo de energía. Tales circuitos requerirían que los dispositivos lógicos nano fuesen capaces de contar electrones individuales, así como la capacidad de computación paralela, reversibilidad, localidad, y arquitectura tridimensional.

Para acometer estos retos, Lee y Hook han investigado los hipercubos, que los investigadores habían considerado previamente como elementos de las nanocomputadoras. En su estudio, el cual se publicará en un futuro ejemplar de IEEE Transactions on Computers, Lee y Hook proponen una variante del hipercubo clásico conocido como “hipercubo M” que podría proporcionar una capa supradimensional para dar soporte a circuitos integrados tridimensionales en nanocomputadoras.

El hipercubo M tiene una estructura similar a un hipercubo clásico, el cual básicamente se extiende desde un cuadrado a un cubo a formas M-dimensionales cada vez más complejas. Los hipercubos M (de cualquier dimensión) se componen de nodos y enlaces. Los nodos actúan como puertas, recibiendo y pasando electrones a través de ellos, mientras que los vínculos actúan como las rutas por las que viajan los electrones.

“La estructura única de los hipercubos, incluyendo los hipercubos M, se ha mostrado efectiva en la computación paralela y redes de comunicación y proporciona una estructura intrínseca ideal que colma todas las necesidades de los futuros sistemas de nanocomputación”, dijo Lee. “Estas necesidades incluyen arquitecturas procesado masivo paralelo y distribuido con enlaces de comunicación simples y robustos”.

Al contrario que los hipercubos clásicos, los hipercubos M contienen dos tipos de nodos: nodos de estado, que están incrustados en las “uniones” de los hipercubos M; y nodos de transmisión, que están incrustados en el centro de los enlaces entre los nodos estado. En una ordenación, los investigadores incrustaron dos estados nodo en cada unión, ambos representando un único estado. Cada nodo podía ser encendido o apagado, con los nodos de transmisión con la capacidad de aislar partes del cubo de otras partes cuando está en estado apagado.

Dependiendo del número de estados requeridos por una operación, el hipercubo M puede expandirse añadiendo dimensiones extra (el cual contiene más nodos) o restringirlo reduciendo sus dimensiones. Por ejemplo, si sólo se requieren cuatro estados, la arquitectura lógica sería un hipercubo en 2-D (un cuadrado), el cual tiene cuatro nodos de estado. En general, el número de nodos de estado en un hipercubo es de 2m, con m siendo la dimensionalidad del hipercubo M.

“Podríamos construir hipercubos M de dimensiones mayores que 3 en un espacio tridimensional si permitimos que los enlaces de comunicación en los nodos de los hipercubos M no sean mutuamente perpendiculares”, explicó Lee.

Para las operaciones lógicas que requieren muchos estados, los investigadores proponen un método que podría reducir las dimensiones del hipercubo M básicamente descomponiendo el hipercubo en dos hipercubos M de menores dimensiones, conectados en paralelo. Si fuera necesario, los dos hipercubos M podrían descomponerse a su vez en hipercubos M aún menos complejos, reduciendo el número de nodos de estado requeridos por estado.

En otra ordenación, Lee y Hook combinó un hipercubo M con un hipercubo N, dando como resultado lo que conocen como una “célula MN”. Debido a su versatilidad, el dispositivo podría servir como bloque básico para diseñar nanopuertas lógicas secuenciales de cualquier tamaño y complejidad.



Más información: Lee, Samuel C. y Loyd R. Hook IV. “Logic and Computer Design in Nanospace”. IEEE Transactions on Computers, TC-0156-0406.

Autor: Lisa Zyga
Fecha Original: 1 de abril de 2008
Enlace Original

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Comments (4)

  1. Los hipercubos podrían ser los bloques básicos de las nanocomputadoras…

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  3. Hipercubos, ¿ los bloques básicos de las nanocomputadoras ?…

    Las estructuras multidimensionales llamadas hipercubos pueden actuar como las nanocomputadoras del mañana – máquinas hechas de elementos tan diminutos que no están dominadas por las fuerzas que nos son cotidianas, sino por las propiedades cuántic…

  4. Realmente todo son “proyectos” e hipótesis. Yo creo que aún no saben por donde van los tiros. Tienen claro que quieren usar la física quantica pero no saben como.

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