En la informática clásica, la información se almacena en bits, en la informática cuántica, en bits cuánticos, es decir, qubits. Los experimentos en el Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias en Varsovia demuestran que no solo la física, sino también la química esadecuado para almacenar información. El papel del bit químico, el 'chit', puede cumplirse mediante una disposición simple de tres gotitas en contacto entre sí, en las que se producen reacciones oscilatorias.
La computadora, teléfono inteligente, cámara digital: ninguno de estos dispositivos podría funcionar sin chips de memoria. En la memoria electrónica típica, cero y uno se registran, almacenan y leen por fenómenos físicos como el flujo de electricidad o el cambio enpropiedades magnéticas del medio. El Dr. Konrad Gizynski y el Prof. Jerzy Gorecki del Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia IPC PAS en Varsovia han demostrado una memoria de trabajo de un tipo diferente, basada en fenómenos químicos.bit se almacena aquí en tres gotas contiguas, entre las cuales los frentes de reacción química se propagan de manera constante, cíclica y de una manera estrictamente definida.
La base química de la memoria construida por los investigadores de IPC PAS es la reacción de Belousov-Zhabotinsky BZ. El curso de la reacción es oscilatorio: cuando termina un ciclo, los reactivos necesarios para iniciar el siguiente se reconstituyen en elAntes de que se detenga la reacción, suele haber varias decenas a cientos de oscilaciones. Están acompañadas de un cambio regular en el color de la solución, causado por la ferroína, el catalizador de la reacción. El segundo catalizador utilizado por los investigadores de Varsovia fue el rutenio.La introducción de rutenio fue de importancia clave porque hace que la reacción BZ se vuelva fotosensible: cuando la solución es iluminada por luz azul, deja de oscilar. Esta característica permite controlar el curso de la reacción.
"Nuestra idea para el almacenamiento químico de información era simple. De nuestros experimentos anteriores sabíamos que cuando las gotas de Belousov-Zhabotinsky están en contacto, los frentes químicos pueden propagarse de una gota a otra. Así que decidimos buscar los sistemas de gotas más pequeñas enqué excitaciones podrían tener lugar de varias formas, siendo al menos dos estables. A continuación, podríamos asignar a una secuencia de excitaciones un valor lógico de 0, a la otra 1, y para cambiar entre ellas, es decir, forzar un cambio particulardel estado de la memoria, podríamos usar la luz ", explica el profesor Gorecki.
Los experimentos se realizaron en un recipiente lleno de una fina capa de solución lipídica en aceite decano. Pequeñas cantidades de solución oscilante añadidas al sistema con una pipeta formaron gotitas. Estas se colocaron encima de los extremos de las fibras ópticas traídas albase del recipiente. Para evitar que las gotas se deslizaran de las fibras ópticas, cada una de ellas fue inmovilizada por varias varillas que sobresalían de la base del recipiente.
La búsqueda comenzó con un estudio de pares de gotas acopladas. Cuatro tipos modos de oscilación pueden tener lugar en estos: la gota 1 excita a la gota 2, la gota 2 excita a la gota 1, ambas gotas se excitan entre sí simultáneamente, ambas se excitan entre síalternativamente es decir, cuando uno está excitado, el otro está en la fase refractaria.
"En sistemas de gotas emparejadas, la mayoría de las veces una gota excita a la otra. Desafortunadamente, solo un modo de este tipo siempre fue estable y necesitábamos dos", dice el Dr. Gizynski y explica: "Ambas gotas están formadas por la mismasolución, pero nunca tienen exactamente las mismas dimensiones. Como resultado, en cada gota las oscilaciones químicas ocurren a un ritmo ligeramente diferente. En tales casos, la gota que oscila más lentamente comienza a ajustar su ritmo a su 'amigo' más rápido.si fuera posible con la luz forzar a la gota de oscilación más lenta a excitar a la gota de oscilación más rápida, el sistema volvería en cualquier caso al modo en que la gota más rápida estimuló a la más lenta. "
En esta situación, los investigadores de IPC PAS observaron tripletes de gotas contiguas dispuestas en un triángulo de modo que cada gota tocó sus dos vecinas. Los frentes químicos pueden propagarse aquí de muchas maneras: las gotas pueden oscilar simultáneamente, en anti-fase, doslas gotas pueden oscilar simultáneamente y forzar oscilaciones en la tercera, etc. Los investigadores estaban más interesados en los modos rotacionales, en los que los frentes químicos pasaban de una gota a otra en una secuencia 1-2-3 o en la dirección opuesta 3-2-1.
Una gota en la que se produce la reacción de Belousov-Zhabotinsky se excita rápidamente, pero tarda mucho más en volver a su estado inicial y solo cuando lo ha alcanzado puede volver a excitarse. Así que si está en el 1-2-3En el modo la excitación llegara a la gota 3 demasiado rápido, no pasaría a la gota 1 para iniciar un nuevo ciclo, porque la gota 1 no tendría tiempo suficiente para 'descansar'. Como resultado, el modo rotacional desaparecería. IPC PASLos investigadores solo estaban interesados en modos rotacionales capaces de múltiples repeticiones del ciclo de excitaciones. Tenían una ventaja adicional: los frentes químicos que circulan entre las gotitas se asemejan a una onda espiral, y las ondas de este tipo se caracterizan por una mayor estabilidad.
Los experimentos mostraron que ambos modos de rotación estudiados son estables y si un sistema entra en uno de ellos, permanece en él hasta que cesa la reacción de Belousov-Zhabotinsky. También se demostró que al seleccionar correctamente el tiempo y la duración de la iluminación degotitas, la dirección de rotación de las excitaciones se puede cambiar. El sistema de gotitas triples, con múltiples frentes químicos, fue capaz de almacenar permanentemente uno de dos estados lógicos.
"De hecho, nuestro bit químico tiene un potencial ligeramente mayor que el bit clásico. Los modos de rotación que usamos para registrar los estados 0 y 1 tenían los períodos de oscilación más cortos de 18,7 y 19,5 segundos, respectivamente. Entonces, si el sistema oscilaba más lento, podríamos hablar de un tercer estado lógico adicional ", comentó el Dr. Gizynski y señala que este tercer estado podría usarse no para almacenar información sino, por ejemplo, para verificar la exactitud del registro.
La investigación sobre la memoria compuesta por gotas oscilantes, financiada por el Centro Nacional de Ciencias, fue de naturaleza básica y solo sirvió para demostrar que el almacenamiento estable de información mediante reacciones químicas es posible. En la memoria recién formada, las reacciones solo eran responsables de almacenarinformación, mientras que su registro y lectura requirieron métodos físicos. Es probable que todavía pasen muchos años antes de que se pueda construir una memoria completamente química que pueda convertirse en parte de una futura computadora química.
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Materiales proporcionados por Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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