Skyrmion, la misteriosa partícula que puede revolucionar la informática

No es la partícula de Dios, y seguramente su estudio jamás merezcaun premio Nobel -además, su descubridor ya está muerto-, pero el halo de misterio que rodea a los skyrmions guarda similitudes con elbosón de Higgs. También su trayectoria es parecida. La partícula que podría inaugurar una nueva era de la informática desde el punto de vista del almacenamiento de datos fue formulada a principios de los 60, poco antes que las primeras teorías sobre el bosón. Su padre, el físico británicoTony Skyrme, fallecido en 1987, ha pasado de puntillas por la historia de la ciencia.

Se le recuerda como un investigador modesto, de poca ambición, y a pesar de que su modelo matemático -al principio, la existencia de los skyrmions era sólo una hipótesis- solucionaba de manera solvente un problema físico de la época, a saber, el comportamiento de las partículas subatómicas, no alcanzó una gran repercusión. Tuvo mala suerte. Al menos, fue lo suficientemente audaz comopara nombrar la partícula con su propio apellido. Por si las moscas.

Se le recuerda como un investigador modesto, de poca ambición, y a pesar de que su modelo matemático solucionaba de manera solvente un problema físico de la época, el skyrmion no alcanzó una gran repercusión

En los 60, su hallazgo fue eclipsado por la formulación teórica de unelemento esencial de la física de partículas, los quarks, por culpa de los cuales losskyrmions llegaron al final de los 70 fatigados, comoun pariente pobre de este componente fundamental de la materia.

Sin embargo, los 80 arrancaron con la aceptación del modelo deSkyrme por parte de sus colegas, pero entonces aparecióen escena la teoría de cuerdas, centrando de nuevo el interés de la comunidad científica. El skyrmion desapareció del mapa: seconvirtióen una partícula de culto sólo recordada por algunos nostálgicos.

Skyrme falleció, sin honores, justo antes del desarrollo de una aplicación científica que, de rebote, representaría un revulsivo para el skyrmion. En 1985,Klaus von Klitzing había obtenido el Nobel de Físicapor sus avances en el campo del efecto hall cuántico. Desde entonces, los dispositivos electrónicos basados en esta nueva vía fueron capaces de testar múltiples estructuras, entreellas los skyrmions. En los 90, por fin, los científicos los vieron con sus propios ojos. La edad dorada de la partícula estaba a punto de iniciarse.

La primera aplicación

En la literatura científica, se describe a los skyrmions como un vórtice de átomos que surge al aplicar, de forma controlada, una carga magnética sobre las partículas de ciertos materiales, de tal forma que los espines de los electrones, que en condiciones normales se alinean en la misma dirección, adquieren en los skyrmions una forma de trenza.

No obstante, más allá de la curiosidad física de la nueva estructura, el problema que arrastraba la partícula desde los 60 era que carecía de valor práctico que motivase a los investigadores a indagar en los misteriosos skyrmions. Finalmente,su aplicación llegó.

El skyrmion halló su utilidaden una tecnología emergente emparentada con la computación cuántica, la espintrónica, cuyo principal objetivo es el desarrollo de sistemas de almacenamiento y procesamiento de datos más potentes y dotados de una mayor capacidad,gracias al desarrollo de los bits cuánticos.

Un equipo de investigadores del grupo Wiesendanger de la Universidad de Hamburgo ha logrado, por primera vez, leer y escribir datos utilizando skyrmions, un hito científico que se postula como una posible revolución en el futuro de los discos duros

Sin embargo, y a pesar de que los científicos conocían el potencial de la partícula en el campo del almacenamiento,nadie había podido demostrar, una vez más, su valor como soporte digital.

Ha sido ahora cuando unequipo de investigadores del grupo Wiesendanger dela Universidad de Hamburgo ha logrado,por primera vez, leer y escribir datos utilizando skyrmions, un hito científico que se postula como una posible revolución en el futuro de los discos duros. No sólo desde el punto de vista de su capacidad:atendiendo también a una reducción significativa de su tamaño.

Discos duros del tamaño de un grano de arroz

Utilizando un microscopio de efecto túnel, los científicos alemanes han logrado generar y destruir, de forma estable, una cadena de cuatroskyrmions enuna película magnética de paladio y hierro. En ese sentido, apuntan a la posibilidad teórica de fabricar discos duros que multipliquen en un 2000% la capacidad de los actuales discos magnéticos.

En cuanto a la reducción de su tamaño, ya hablan de discos durosdel tamaño de un cacahuete en el caso de la memoria de un ordenador portátil;o de un grano de arroz en el caso de un iPod.

Estoes posible gracias a la misteriosa disposición de los espines. En los discos duros magnéticos convencionales, las partículas no pueden acercarse más allá de un límite por la simple razón de que se produciría una interferencia en el efecto de magnetización que terminaría por destruir los datos.

Sin embargo,los skyrmions permiten comprimir la estructura de las partículas de tal modo quepodrían fabricarse dispositivos veinte veces más pequeños que los actuales. Además, su consumo de energía es100.000 veces menor.

La noticia tiene un contrapunto. El experimento no se realizóa temperatura ambiente. Los científicos necesitaron reducirlahasta los4,2 grados Kelvin(-267 °C), la temperatura del helio líquido, incompatible con cualquier tipo de dispositivo electrónico. Además, el experimento sólo fue efectivo en el 60% de las pruebas.

A pesar de suoptimismo, los investigadores aseguran que aún resta un largo camino para su aplicación, aunque hace un mes un grupo deinvestigadores japoneses del centro tecnológico RIKEN reforzóla teoría de los alemanes con una nueva demostración: almacenar datos sobreskyrmions es una realidad.

Ahora, el principalobjetivoa corto plazo es hallarun material con el que poder trabajar a temperatura ambientey a partir del cual iniciar la fabricación de prototipos.

El fin de la ley de Moore

Desde los 60, la ley empíricade Moore se ha mantenido en el imaginario científico como una regla básica del desarrollo de la tecnología. No obstante, en los últimos años han surgido voces alternativas que vaticinan el final de una tendencia que hasta el presente ha sido válida.

Es el ocaso que ya vaticinó el físico teórico Michio Kaku: las leyes de la termodinámica y la física cuántica impedirán el cumplimiento a corto plazo de la ley de Moore

Mientras el propio Gordon Mooreauguróen 2005 que su observación seguiría siendo posible al menos durante veinte años más, y la compañía de la que fue fundador, Intel, expresó hace un mes su convicción de que la firma se encuentra en disposición de ser fiel a la ley en el campo de los microprocesadores, por su parte,John Gustafson, responsablede la arquitectura de productos en AMD, afirmó en abrilque la regla de Moore se encuentra en su recta final por las propias imposiciones de la física.

Es el ocaso que ya vaticinó el físico teóricoMichio Kaku:las leyes de la termodinámica y la física cuántica impediránel cumplimiento a corto plazo de la teoría.Si la ley de Moore reza que que cada dos años la cantidad de transistores en un circuito integrado se duplica, AMD explica que su capacidad tecnológica para reducir el tamaño de los transitores ya no da más de sí: pasar de 28 a 20 nanometros está resultando una odisea.Además, el proceso para implementar las mejoras resulta demasiado extenso y costoso.

Ante la evidencia de que será imposible mantener el mismo ritmo de evolución de las tecnologías informáticas, al menos según las mismas técnicas, ya colapsadas, las alternativas son necesarias. En esa línea,la computación cuántica yla espintrónica, de la que forman parte los skyrmions, aparecen como candidataspara la creación de un nuevo modelo de desarrollo, una nueva ley que convierta las observaciones deMoore en una broma.

O visto de un modo más irónico:una nueva ley que permita a las multinacionales tecnológicas seguir alimentando, ahora de forma más vertiginosa, la capacidad y la potencia de los dispositivos electrónicos en nombre del progreso científico,pero siempre bajo la dictadura silenciosa de la obsolescencia programada, una caducidad que en el futuro será cuántica.

Mientras tanto, el misterio de losskyrmions sigue vivo: ningún investigador sabe explicar a ciencia cierta cómo diablos se forman las trenzas de sus vórtices.