Prefacio:
Este artículo continua el de superconducción que yo mismo publiqué hace cosa de una semana. Si no lo has leído aún, recomiendo hacerlo para hacer un breve recorrido histórico por la superconducción, para en este poder centrarnos en las aplicaciones futuras de estos metales tan especiales.
Aplicaciones futuras:
Comenzando con uno de los mayores divulgadores científicos, además de ser profesor de física teórica en la universidad de Nueva York, Michio Kaku nos trae en uno de sus libros (Física de lo imposible) algunas de las aplicaciones futuras que la introducción de mejoras en superconductores supondría. Primero es interesante definir su concepto de imposible, que es precisamente la base del título de su obra, y es que clasifica las supuestas imposibilidades en tres clases (Clase I: posibles con la física actual pero un poco más desarrollada, quizá en décadas o un siglo; Clase II: Posible pero con tecnologías aún no existentes, quizá en el orden de siglos o milenios; Clase III: imposible según los principios de la física actual). Además, al hilo de la subsección anterior, y a vistas del físico norteamericano de ascendencia japonesa, dado que el problema de la superconducción está en el no conocimiento de una teoría general de los superconductores de alta temperatura, que desemboca en una investigación basada en prueba-error, que podría llegar a ser eterna, asegura el Premio Nobel al joven físico que descubra esta teoría, y que permita poner así más luz en este campo de aplicación.
De esta forma, algunas aplicaciones futuras podría ser la del revestimiento de la superficie inferior de vehículos con un imán convencional y que, con el efecto Meisnner (que puede verse como la creación de una imagen especular del campo magnético de un imán, al acercarse a un superconductor), se consiga hacerlos levitar, al colocar carreteras superconductoras, que rechazarían el campo creado por el imán y harían volar a dichos vehículos. Esto, que parece solo a título figurativo, ya se ha conseguido en maquetas a escala reducida, gracias al equipo de la National Science Council de Taiwan, que como se aprecia en el vídeo de Youtube que mostramos al final del párrafo, han conseguido hacer circular a un vehículo a través de un pequeño circuito cíclico, proporcional a sus dimensiones, y donde ha respondido sin complicaciones. De esta forma, se permite atisbar de cara al futuro la implementación de este tipo de vehículos en prototipos a escala 1:1 en automóviles reales.
También se presenta la idea de construir bobinas magnéticas superconductoras que, debido a no poseer caídas de tensión, se podría mantener una corriente circulando por ellas de forma indefinida y así llegar a sustituir a las baterías actuales. Esto permitiría además una revolución en el sistema distribuidor de energía eléctrica, pues el actual sistema de Previsión-producción-demanda, sería sustituído ya que sí que se podría almacenar la energía producida en los picos por las centrales eléctricas clásicas (además de las de energías renovables, que funcionan solo bajo ciertas condiciones), y utilizar dicha energía cuando fuese necesaria, sin producir de más y contaminando mucho menos.
Además, se podría conseguir una distribución de energía con las centrales situadas en zonas determinadas del globo (¡O incluso de fuera de él!), como pasaba con las centrales de corriente continua de Thomas A. Edison, pero que a diferencia de estas el transporte se realizaría sin coste alguno, al no existir pérdidas, y enviarlas a cualquier parte del mundo sería <<gratis>>.
Pasando ahora a otro tipo de aplicaciones de carácter más cuántico, se puede ver cómo los superconductores a temperatura no-convencional serían revolucionarios también en la industria computacional, además de encontrarse también en el campo de la física nuclear.
En primer lugar, y en lo tocante a la supremacía cuántica, saber que este nombre hace referencia al hecho de tratar de conseguir un ordenador que realmente sea mucho más eficiente que otro convencional, esto es, que logre resolver problemas de cómputo que uno convencional tardaría del orden cientos a millones de años, y que un ordenador cuántico podría resolverlo dentro de la esperanza de vida humana (en horas o días, por ejemplo). De esta forma, existe en el desarrollo dos enfoques principales: el de la arquitectura de superconducción (seguida por Google, IBM, Rigetti, etc.) y la basada en iones atrapados (ionQ, etc.). Ambas cuentan con pros y contras, y en especial a favor de la superconducción: los qubits (bits cuánticos) no tienen que moverse, lo que aumenta el número de operaciones de puerta. Pero, que por el contrario, hay que calibrarlos individualmente, lo que dificulta la escala de integración. Se precia que todavía se aguarda la llegada de una revolución como la que el transistor supuso, aunque puede que los superconductores tengan mucho que ver en ello, en un futuro más o menos próximo.
Mientras tanto, de forma inédita, a finales de este año Google ha presentado por fin su supuesta <supremacía cuántica>, al lograr realizar una operación de cálculo de números aleatorios, tardando solo 200 segundos, mientras que un superordenador tardaría del orden de 10,000 años, según la propia compañía (aunque IBM, la competidora cuántica de Google, lo contradice). Puede verse el ordenador en la Figura 2
Otra aplicación es la que rodea al famoso espectrómetro magnético Alpha, alias AMS-02 (02 al ser la segunda versión), que consiste en un módulo de tipo experimental de astrofísica de partículas que, instalado en la EEI, es un claro caso de superconducción en aplicación actual, pero que realmente apunta a futuro, ya que lo que se busca es la detección de antihelio y otras clases de antimateria, así como rayos cósmicos de quásares y la detección de materia oscura. Conviene remarcar el interés de los superconductores en el espacio, ya que aquí sortean sin complicaciones el límite impuesto por la temperatura de superconducción, al encontrarse el espacio exterior a la temperatura media de nada más y nada menos que 3 K.
Otro breve comentario es acerca del acelerador de partículas del CERN, donde se estudia, concretamente por científicos españoles, la posibilidad de sustituir el cobre del LHC por superconductores, dado que el acelerador trabaja a temperaturas de entre 40 y 60 K, y esta es una temperatura no muy indicada para utilización del cobre, en términos eléctricos y mecánicos al tener que sufrir altísimos esfuerzos electrodinámicos. De momento es algo puramente especulativo. Aprovecho la ocasión para avisar de que tengo preparado un artículo sobre el CERN que creo que os va a gustar ;).
Por último, pero no menos importante, destacar la notable posibilidad de utilizar el efecto Josephson, explicado en que consiste en la unión de dos superconductores a través de finas láminas aislantes y experimentar, por efecto túnel cuántico, una conducción de los portadores: los pares de Cooper (los portadores no son electrones, según la teoría BCS de superconducción, solo válida para algunas clases de superconductores). Así, podría lograrse dispositivos con velocidades de computación enormes sin apenas calentarse, consumiendo un mínimo de potencia y con precisiones cuánticas.
Ejemplo de esto son los dispositivos SQUID (dispositivos de interferencia cuántica de superconducción), con el que se ha medido con increíble precisión los campos magnéticos en organismos vivos como ratas, o incluso cerebros humanos, al permitir observar variaciones infinitesimales del flujo magnético. Otro ejemplo son los dispositivos SQF (Single Quantum Flux), que lograrían alcanzar operaciones del orden de los picosegundos y consumiento unos 10nW de potencia, aproximadamente, y que curiosamente se apuntaba en términos de futurología para 2010 como la fecha posible de implementación de estas tecnologías en el mercado (siendo el atículo mencionado del 2002), comprobando en este caso la imprecisión del investigador japonés Shoji Tanaka, de la Universidad de Sofía (Tokyo). La futuróloga en Ciencia no suele sonreír a muchos, y la historia lo ha dejado presente.
Conclusiones:
Después de hacer un breve pasaje por la evolución histórica de la superconducción hasta la actualidad, puede verse los impedimentos que aparecen principalmente al intentar aumentar más y más las temperaturas críticas donde se logra el estado de superconducción, repercutiendo pues al ralentizado desarrollo de las aplicaciones de superconducción. De cualquier manera, cabe esperar que en un futuro próximo algún físico y/o ingeniero intrépido logre descubrir cuál es la teoría definitiva que rige el comportamiento de los superconductores no convencionales y poder “sacarle algo más de la sábana al Viejo“, como diría A. Einstein acerca del descubrimiento de la naturaleza, logrando así acelerar el desarrollo de aplicaciones de gran impacto como las citadas (levitación magnética en automóviles, computación cuántica basada en superconductores, redes de distribución con pérdidas prácticamente nulas y bobinas superconductoras a modo de súper-baterías, entre otras) y la rápida implementación en la sociedad, que desembocaría en un progreso tecnológico y humanitario quizá sin precedentes.
Indicar que me ha gustado aprender un poco más de estos materiales y su curiosa propiedad superconductora, y que confío plenamente en el descubrimiento de esta teoría en los próximos años y en ver su rápida y positiva repercusión en nuestra sociedad. Para terminar, os dejo una de mis frases favoritas de un gran escritor al que aprecio mucho:
“Cualquier tecnología suficientemente desarrollada es indistinguible de la magia”
Arthur C. Clarke
AUTOR
Manuel Ferreira Lorenzo
Estudiante de Ingeniería en Tecnologías Industriales,
Málaga
Bibliografía:
- Grafeno y el ángulo mágico
- PHYSICS. Squeezing into superconductivity, de Viktor Struzhkin
- Future of IT, PT and superconductivity technology, de Shoji Tanaka
- Portal de ingenieros españoles: Futuro de la distribución eléctrica
- Supremacía cuántica y Google, La Vanguardia
- en el CERN se plantea sustituir el cobre por superconductores, RTVE
Manuel Ferreira Lorenzo
Me gradué en Ingeniería en Tecnologías Industriales por la Universidad de Málaga y la Universidad de Vigo. Ahora estudio Física en King’s College London.
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