Cuando dos solitones se encuentran, cambian de tipo, siguiendo un sistema cuaternario formado por solo cuatro números:-1, 0, 1 y 2. En este caso, un solitón -1 se encuentra con un solitón 2 para formar un solitón 1. Crédito:IBS
Inevitablemente Cada información digital que enviamos a todo el mundo es propensa a perderse. Viajando largos caminos en cables la señal inicial decae y se dispersa al chocar con impurezas y campos electromagnéticos vecinos. Por lo tanto, más allá de cada bit de su mensaje deseado, es necesario enviar otros bits de información ocultos que comprueben errores y actúen en caso de pérdidas; mientras los dispositivos se vuelven cada vez más pequeños, este problema se vuelve más significativo. Científicos del Centro de Electrónica Artificial de Baja Dimensión (CALDES), dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) tienen como objetivo encontrar formas innovadoras de lograr una transmisión de información más estable. Uno de sus intereses de investigación se centra en los paquetes de ondas solitarias autorreforzantes llamados solitones, que son estables sin importar el entorno. En su artículo más reciente, demostraron que los solitones se pueden manipular y describieron cómo usarlos para operaciones lógicas. Sus experimentos y modelos se publican en Física de la naturaleza y allanar el camino hacia un nuevo campo de la electrónica:Solitonics.
Los físicos saben que una posible solución al problema de la atenuación de la señal o el ruido debido a interferencias externas puede provenir de un concepto matemático llamado topología. Está relacionado con propiedades que no se ven afectadas por un cambio de forma. Por ejemplo, por extraño que parezca, una bola y un lápiz son topológicamente lo mismo, pero diferente a una rosquilla. Esto es porque, con algo de imaginación, puedes moldear la bola en forma de lápiz. Sin embargo, cuando haces un agujero en la bola, se convierte en un objeto topológico totalmente diferente. Los agujeros definen el estado topológico, pueden moverse dentro del material, pero su número no cambia incluso bajo la presencia de fuerzas de empuje y tracción. Un concepto similar podría usarse en TI para proteger el flujo de información de interferencias e impurezas externas y garantizar su estabilidad en distancias y tiempo más largos. Suena como una propiedad asombrosa pero, paradójicamente, también es su mayor enemigo:la información transmitida es demasiado estable, de una manera que en realidad es demasiado difícil de modificar y utilizar. Ese parecía ser el triste final de la historia hasta que los científicos del IBS demostraron una forma de manipular la señal transmitida y posiblemente aplicarla a la electrónica moderna.
Uno de los componentes clave de la física del sistema topológico es el solitón, un paquete de energía de onda solitaria extremadamente estable, que viaja a través de algunos materiales 1D sin perder su forma y energía, un poco como una ola de tsunami. Los científicos comenzaron a estudiar solitones topológicos en los años 80, pero fueron disuadidos por la aparente imposibilidad de manipularlos.
El año pasado, Los científicos del IBS exploraron las propiedades de los solitones en una doble cadena de átomos de indio colocados en la parte superior de una superficie de silicio y encontraron que los solitones podían existir en tres formas. "En un sentido topológico, es como tener una rosquilla con muchos agujeros, donde cada agujero puede tener tres formas diferentes correspondientes a los tres tipos de solitones, "explica YEOM Han Woong, el autor principal de este estudio. "Los físicos solían trabajar con solitones (agujeros) del mismo tipo y las operaciones que se podían hacer con ellos eran limitadas, pero ahora tenemos más posibilidades de jugar con ellos ".
Mientras que el código binario utilizado en nuestras computadoras actuales está compuesto por 0 y 1. Un sistema cuaternario, como el propuesto por los científicos del SII, consta de cuatro dígitos (0, 1, 2 y -1) y permitiría más operaciones. Los investigadores modelaron la adicción a los solitones. Por ejemplo, un solitón representado por el número 2, y se puede sumar otro representado por el número 1 para formar un nuevo solitón (n. -1). En efecto, en este sistema de 4 bases, 2 + 1 hace -1, y es fácil entender por qué si imaginas un pequeño y circular "juego de la oca" en el que te mueves en el sentido de las agujas del reloj (o en el sentido contrario a las agujas del reloj) según el número que obtengas al lanzar un dado de cuatro lados que contiene los números 0, 1, 2 y -1. Si está en la casilla n. 2 y obtienes n. 1 en los dados vas a llegar a la casilla -1. Crédito:IBS
En este nuevo estudio, Yeom y su equipo demostraron, experimentalmente, que el cambio entre estos solitones es posible. Observaron que cuando dos solitones se encuentran, dan como resultado un solitón diferente, en otras palabras, encontraron que los solitones se pueden transformar, y sin embargo permanecer inmune a los defectos del medio. "Hasta ahora, los solitones solo podían crearse o destruirse en pares, no fueron posibles otras manipulaciones, pero mostramos que estos solitones se pueden cambiar de uno a otro, e incluso se utiliza para operaciones lógicas ", continúa Yeom.
Estos tres tipos de solitones también se pueden representar con dígitos (1, -1 y 2) y la condición sin solitones como cero (0), creando un sistema matemático cuaternario. Los cuatro dígitos se pueden utilizar para cálculos matemáticos.
Sistemas de dígitos cuaternarios, y sistemas multidigit en general, tienen varias ventajas sobre el binario (0, 1) sistema que estamos usando actualmente. Permiten más operaciones y almacenamiento de información en menos espacio y podrían acercarnos un paso más a dispositivos similares al cerebro. que imitan la forma en que la información es calculada y almacenada por nuestros circuitos neuronales.
Abriendo un nuevo campo de la electrónica, solitónica apodada, Los científicos de IBS imaginan dispositivos de TI de nueva generación que combinan silicio y solitones. "Estamos usando solitones que viajan en átomos de indio sobre una superficie de silicio, e imaginamos que esta estructura que podría implementarse en los dispositivos de silicio actuales, creando sistemas híbridos, "explica KIM Tae-Hwan, primer autor de este estudio.
