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El pequeño interruptor que casi lo hizo grande
En enero de 2015, mientras excavaban los cimientos de lo que algún día será el centro de investigación de nanotecnología del MIT, trabajadores de la construcción desenterraron un misterioso tubo de vidrio. Era una cápsula del tiempo que había sido enterrada en 1957 con instrucciones de permanecer sellada durante 1000 años. La cápsula permaneció cerrada, pero los registros del Museo del MIT revelaron su contenido: recuerdos, documentos que detallan el estado del MIT en la década de 1950, un contenedor de penicilina sintética y un pequeño interruptor: la génesis a menudo olvidada de un componente que es crucial para la investigación moderna sobre computación cuántica. Presentado en el Laboratorio Lincoln del MIT a principios de ese año, el interruptor, mejor conocido como criotrón, fue visto como una nueva tecnología prometedora que podría ser la clave para reducir las computadoras gigantes de la era de la Guerra Fría a una fracción de su tamaño.
El criotrón fue una creación de Dudley Allen Buck, SM '52, ScD '58. Buck, maestro explorador y consejero de jóvenes metodistas, ingresó al MIT en 1950 después de pasar dos años en la unidad de criptografía de la Marina. Comenzó su mandato en el MIT como asistente de investigación en el Proyecto Whirlwind, que estaba desarrollando una computadora digital masiva de alta velocidad cuyo diseño finalmente se convirtió en la columna vertebral del sistema de defensa aérea estadounidense. Whirlwind era enorme, tanto en sentido figurado como literal. Ocupando 2500 pies cuadrados de espacio en el edificio Barta del MIT (ahora edificio N42), se construyó antes de que el transistor estuviera en circulación; Inicialmente realizó cálculos utilizando miles de tubos de vacío dispuestos en circuitos complicados.
Incluso antes de obtener su maestría en 1952, Buck comenzó a pensar en formas de hacer interruptores lógicos más pequeños y rápidos que no usaran tubos de vacío. Quería crear circuitos tan poderosos que, como dijo más tarde, se pudiera hacer una computadora digital a gran escala para ocupar un pie cúbico. Para diciembre de 1953, Buck tenía un plan para construir un interruptor mejor. Si bien los tubos de vacío dependen del calor para hacer que los electrones fluyan, imaginó un interruptor hecho de materiales que pueden conducir corriente sin resistencia eléctrica cuando se enfrían a temperaturas extremadamente bajas. Estos superconductores, teorizó, podrían ser tan delgados como dos cables individuales y permitirían construir computadoras que fueran tan poderosas como Whirlwind, y mucho más eficientes energéticamente, sin usar tubos voluminosos.
Buck pasó los siguientes dos años en el Lincoln Lab del MIT construyendo prototipos de su interruptor. Finalmente se decidió por un diseño fácil de fabricar que usaba dos metales superconductores: un cable recto de una pulgada de largo hecho de tantalio con un segundo cable hecho de niobio enrollado alrededor. A 4,2 K o menos, una temperatura que logró sumergiendo ambos cables en helio líquido, el tantalio conducía la corriente sin resistencia. Pero bombear corriente a través del niobio enrollado generó un campo magnético que hizo que el cable de tantalio asumiera un estado normal en lugar de superconductor, por lo que los investigadores podían encender o apagar el interruptor usando solo señales eléctricas. Por sí mismo, un solo criotrón tenía un poder limitado, pero una colección de interruptores tan pequeños que cabrían 100 en un dedal podría ofrecer el mismo poder de procesamiento que los tubos de vacío que eran órdenes de magnitud más grandes. Buck imaginó computadoras criotrones, cada una con un refrigerador personalizado llamado criostato que podría mantener los interruptores lo suficientemente fríos para funcionar.
Buck presentó una patente para su elemento de compuerta controlado magnéticamente en 1955 y poco después dio a conocer información sobre su trabajo al público, admitiendo que la tecnología era mucho más lenta que los tubos de vacío y los transistores y que se desconoce la confiabilidad del circuito criotrón. A pesar de estos problemas, la investigación de Buck llamó la atención tanto del sector privado como de la comunidad científica. Financiado por la NSA, trabajó para hacer el criotrón aún más pequeño, experimentando con la impresión de la tecnología en películas delgadas. Mientras tanto, los ingenieros de A. D. Little, RCA, IBM y GE lanzaron programas de investigación de criotrones.
Para 1959, Buck había recibido un premio del Instituto de Ingenieros de Radio, obtuvo su ScD y se unió a la facultad del MIT y al Consejo Asesor Científico de la NSA. Pero en mayo de 1959, menos de un mes después de cumplir 32 años, murió de una repentina enfermedad respiratoria. Dudley no era ambicioso por sí mismo, recordó uno de sus estudiantes, Charles Crawford '59, SM '60, ScD '62. Era ambicioso para la raza humana.
El interés en la tecnología criotrón se desvaneció a mediados de la década de 1960, cuando los microchips de silicio, que eran más baratos y no necesitaban refrigeración, se convirtieron en el estándar para los interruptores lógicos de las computadoras digitales. Pero la investigación sobre materiales superconductores que comenzó con Buck continúa hoy. La unión de Josephson, una versión modificada del criotrón introducida en la década de 1960, sigue siendo un pilar de la investigación en computación cuántica.