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Nanotecnología en la ciencia ficción
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Autor Mensaje
Mott
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Registrado: Jan 31, 2005
Mensajes: 2242
Ubicación: A town called Malice
MensajePublicado: Vie Nov 03, 2006 1:40 pm    Asunto: Nanotecnología en la ciencia ficción Responder citando

Orígenes de la nanotecnología

Suele decirse que la nanotecnología es hija de muchos padres. Así, dependiendo de a quién preguntes, se te responderá que la nanotecnología nació en 1959, 1986 o 1991>>>SPOILER<<<. Si nos remontamos a la que se considera la primera referencia a esta disciplina, la celebre charla de Richard Feynman "There's plenty of room at the bottom"* (que podría traducirse como "Hay mucho espacio en el fondo"), ya este físico nos adelanta el gran avance que supondría el poder fabricar maquinas que funcionen a escala molecular (menos de 100 nm >>>SPOILER<<<). Sin embargo, los primeros éxitos tardaron en llegar. No fue hasta los años 80 cuando dos nuevos inventos permitieron a los científicos pensar que las predicciones de Feynman no se harían esperar. Me refiero al microscopio de efecto tunel (1981) y al microscopio de fuerza atómica (1986). Estos dos nuevos instrumentos, aun cuando poseen unas características y limitaciones bastante distintas, permitían por vez primera manipular atomos individuales, disparando la atención de los científicos y del publico en general por la fabricación y las aplicaciones de productos de nanotecnologia.

Pero de nuevo, se presentó un problema. La manipulación átomo a átomo (aproximación técnica comunmente denominada "de abajo a arriba" o 'bottom-up" en inglés) es lenta y costosa y no resulta muy eficiente a la hora de pasar a la producción en masa de todo proceso industrial, lo que dió origen a un nuevo enfoque del problema: producción mediante nanolitografia ("de arriba a abajo"). Si bien, este acercamiento permite un mayor rendimiento en la producción, este es en detrimento de la resolución del producto final. No obstante, se está avanzando velozmente en este campo con nuevas técnicas que parecen ofrecer mejores y más pequeños nanoproductos. No obstante, las técnicas bottom-up no se han abandonado por completo. De hecho, mediante procedimientos químicos, se han obtenido nanoagregados (nanoclusters) de partículas con propiedades muy distintas a las que poseen esos mismos materiales a escala macroscópica.

Fullerenos y nanotubos de carbono

Otro hito en la historia de la nanotecnología se produjo en 1985: el descubrimiento de los fullerenos (podéis leer más sobre esta historia aquí: http://www.sedice.com/modules.php?name=Forums&file=viewtopic&t=12508 ). En un principio, se pensó que estas moléculas tan peculiares resultarían la panacea y que se desarrollarían aplicaciones de manera casi inmediata. Lamentablemente, no fue así. Veinte años después, la química de los fullerenos ha sido estudiada extensivamente, pero a pesar de ello, no han encontrado mejor aplicación que ser la materia prima a partir de la cual se obtienen ciertos tipos de nanotubos de carbono. Estos todavía están en fase de estudio, pero ya se han propuesto varios usos en la síntesis de nuevos materiales.

La nanotecnología hoy

Entonces, si aquellas estructuras en las que habíamos depositado nuestra esperanza han dado unos resultados muy por debajo de las expectativas, nos puede ofrecer la nanotecnología algo util hoy? Bien, pues efectivamente, las primeras aplicaciones prácticas de productos nanotecnológicos ya se han obtenido. Por ejemplo, los quantum dots (puntos cuánticos). Estos consisten en nanocristales de algun material semiconductor (los mas usados son CdSe y CdTe) que fluorescen cuando se les aplican ciertas longitudes de onda y ya han demostrado su eficacia como marcadores biológicos. También se supone que podrían tener aplicación en el desarrollo de células solares mas eficientes que las que tenemos en la actualidad.

Existen también unos cuantos ejemplos de nanomaquinaria completamente funcional (nanomotores, nanoengranajes…), siendo el mas espectacular de todos ellos el nanocoche. Este consiste en un chasis polimérico al que se le acoplan cuatro moleculas del fullereno C60 como ruedas. En un principio, el coche se movía al ser sometido a campos magnéticos de distinta intensidad, pero poco tiempo después, se le añadió un motor fotónico, con lo que un haz de luz de determinada longitud de onda era capaz de hacer moverse al. coche. La ultima noticia que recibí del tema es que le cambiaron las ruedas-fullerenos por un tipo de moléculas macrocíclicas circulares que, al parecer, ofrecen menor resistencia al desplazamiento.

Y esto es sólo el principio. Sin lugar a dudas, los nanotubos de carbono y demás nanoestructuras (nanovarillas, nanocables, nanoplatos, nanorice >>>SPOILER<<< ) de distintas composiciones serán los elementos que conformarán nuestras nanomáquinas en el futuro.

Nanotecnología y ciencia ficción

En la literatura de ciencia ficción aparecen mencionados con frecuencia aparatos que funcionan en la nanoescala, pero rara vez se entra en detalles. Voy a nombrar de pasada unos cuantos para empezar y más tarde, en la discusión, entramos en más detalles y vemos más ejemplos, si queréis. Wink

Pues bien, ya en los años 50, en algunos de los primeros relatos de Asimov se menciona que la miniaturización llegaba a tales extremos que se podía introducir un motor atómico en el cinturón (véase La Fundación, por ejemplo). Ideas similares debieron conducir a Feynman a las conclusiones a las que llega en su conferencia.

Pocos años después, Lem, en el Invencible, nos cuenta que en el planeta al que arriban los protagonistas la unica evidencia de vida inteligente corresponde a una “nube inorgánica” integrada por minusculas “máquinas” con entidad propia, pero que sólo muestran inteligencia al ser asumidos por la nube.
También en su ultima novela de ciencia ficción, Fiasco, Lem relata la llegada a un planeta con dos facciones enfrentadas en la que las batallas espaciales se llevan a cabo mediante nanobots.

Más recientemente y ya de manera mas explícita (una vez asentadas las bases de la nanotecnología), en “La paz interminable”, de Joe Haldeman, aparecen las nanofraguas. Estos aparatos son capaces de descomponer cualquier material que les sea suministrado en sus elementos para despues recombinarlos y construir cualquier otra cosa segun el diseño que les haya sido proporcionado. Evidentemente, tales mecanismos deberían ser extremadamente complejos, y, en el estado actual de la técnica, todavía no se puede ni soñar con algo similar.

Mención aparte merece Greg Egan, para quien la nanotecnología no sólo es una constante en sus libros, sino que además conoce muy bien los procesos químicos y biológicos que sus artefactos alteran, como sus detalladas y extensas descripciones demuestran.

*Disponible online en inglés aquí:
http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html

Editado: Errata. Donde puse top-bottom debía poner bottom-up. También corregido en la SeDiPedia.



Ultima edición por Mott el Jue Jun 25, 2009 8:30 pm, editado 3 veces
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Bipson
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MensajePublicado: Vie Nov 03, 2006 2:05 pm    Asunto: Responder citando

Me pego al asunto de mala manera, cual garrapata sarnosa Mr. Green

Me parece un tema interesantísimo, del cual soy un verdadero ignorante. Embarassed

Para aportar algo al post Mr. Green diré que recuerdo haber visto por TV un capítulo de Star Trek (ya sé que no es una gran referencia de CiFi Mr. Green pero bueno), en el que unos científicos crean unos robots (nano-robots más bien) muy sofisticados, que se utilizan en reparaciones, etc, y con capacidad de aprender. Tanto, que acaban adquiriendo inteligencia, etc, etc... Smile

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alex
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Ubicación: CDK 334
MensajePublicado: Vie Nov 03, 2006 2:11 pm    Asunto: Responder citando

En "El imperio elevado" y su continuación, la guerra entre el imperio y la máquinas con sus cyborgs se basa en la nanotecnología sobre todo.

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En una carrera: El primero es un ganador. El segundo un perdedor. Los demás simplemente compiten
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Naturopata
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Ubicación: Rio de Janeiro - Brasil
MensajePublicado: Vie Nov 03, 2006 3:37 pm    Asunto: Responder citando

La luna es una cruel amante, de Heinlein. El superdenador que gestiona a luna utiliza nanotecnología para quiatrele la resaca a sugerencia del protagonista.
¿O es en Playa de Acero, de Varley? Es que es una curiosa continuación... Bueno, aquí también sale la nanotecnología.


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En Brasil, desde 2009
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Curro
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MensajePublicado: Vie Nov 03, 2006 4:50 pm    Asunto: Responder citando

PRESA, Michael Crichton ... precisamente trata sobre los "peligros" de la "enanotecnología"
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Noal_Mordecai
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MensajePublicado: Vie Nov 03, 2006 5:34 pm    Asunto: Responder citando

Es Playa de Acero, Naturópata, en la Luna... no sale nanotec.

Otra novela donde se toca el tema es La Era del Diamante de Stephenson, donde las consecuencias del uso extensivo de la nanotec se exploran de modos muy interesantes.

En Luz Virtual sale una nanotecnología bastante primitiva enfocado mayormente a materiales de diseño más que a implantes.

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Gaff
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Ubicación: En La Nave
MensajePublicado: Mie Nov 22, 2006 11:45 am    Asunto: Responder citando

En La Nave de un Millón de Años tienen un manejo a nivel molecular impresionante. >>>SPOILER<<< De hecho esa parte del libro resulta bastante interesante

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Gaff
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MensajePublicado: Mie Nov 22, 2006 11:49 am    Asunto: Responder citando

De todas formas creo, Mott, que es todavía fácil confundir en algunas novelas lo que es la nanotecnología de lo que es simple miniaturización ¿no?

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Mott
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MensajePublicado: Mie Nov 22, 2006 12:21 pm    Asunto: Responder citando

Efectivamente, Gaff. Estrictamente, como mencionaba en el post inicial, la nanotecnologia son sólo los dispositivos diseñados y que tienen su ambito de funcionamiento a escala nanometrica, debido a que a esta escala se producen efectos de origen cuantico que no sucederian si aumentamos el tamaño (veanse los quantum dots). Si el dispositivo es algo mas grande, pasamos ya a hablar de macromoleculas, tamaño microscópico y miniaturización. Pero en este caso, estos dispositivos actuan conforme a una fisica mas clasica >>>SPOILER<<<

Pero podemos hacer una distinción. En las viejas novelas de Asimov, que he mencionado antes, todavia no existia una noción de lo que es la nanotecnologia asi que simplemente hablan de miniaturización. Yo creo que un artefacto que funcione mediante energia nuclear y sea lo suficientemente pequeño debe contar -como poco- con elementos nanotecnológicos. Sea como sea, las ideas del buen doctor tienen su importancia como precursoras no sólo de un elemento mas de la ciencia ficción, sino tambien de una rama (otra mas) de la quimica unos 50 años antes del primer descubrimiento oficial (los fullerenos).

Cabe resaltar tambien que hasta los años 90, no se popularizó el termino "nanotecnologia", asi que las confusiones con la miniaturización son perdonables hasta esas fechas. Sin embargo, libros (y articulos periodisticos) posteriores no tienen disculpa si equivocan los terminos. Por ejemplo, hace poco (hay un post por ahi sobre esto) se construyó un motor que funcionaba gracias a una bacteria que lo iba moviendo. En este caso hablariamos de miniaturización y dispositivo microscópico y no tendria sentido hablar de nanotecnologia. Sin embargo, si que podemos marcar la bacteria introduciendo quantum dots (nanotecnologia) en su organismo >>>SPOILER<<<.

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Triskelion
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MensajePublicado: Mie Nov 22, 2006 9:14 pm    Asunto: Responder citando

La razón de que los materiales presenten propiedades diferentes cuando se manejan escalas nano está relacionada con el cociente volumen/superficie. Cuanto más pequeño es tu material más superficie tiene en comparación a su volumen. El hecho de que haya más átomos superficiales es muy importante porque éstos no tienen las mismas propiedades que los átomos que están en el interior de la partícula, y acaban modificando las propiedades globales de la partícula.

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Gaff
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MensajePublicado: Jue Nov 23, 2006 1:55 pm    Asunto: Responder citando

Mott, ahora el que está confundido soy yo... volviendo a tu exposición inicial en el hilo, hablas de una bacteria capaz de mover un motor diseñado a escala... el motor está a escala (miniaturización), pero para mi la bacteria y la forma de controlarla sería "nanotecnología". Comentas lo de los nanocristales, ¿podrías explicarme qué es eso? (Dejé la carrera de Físicas a poco para acabar pero todavía no estoy familiarizado con ese término). Para mi la nanotecnología consistiría en poder aprovechar propiedades de moléculas y átomos a gran escala. Después vienen los problemas físicos y las interacciones cuánticas a esas escalas que comenta Triskelion, pero no concibo la nanotecnología como el traslado de nuestras actividades habituales a una escala infinitesimal. No sé si me explico bien... Rolling Eyes

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Mott
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MensajePublicado: Jue Nov 23, 2006 2:27 pm    Asunto: Responder citando

Gaff escribió:
Mott, ahora el que está confundido soy yo... volviendo a tu exposición inicial en el hilo, hablas de una bacteria capaz de mover un motor diseñado a escala... el motor está a escala (miniaturización), pero para mi la bacteria y la forma de controlarla sería "nanotecnología".


No, no. Esto seria, usando un termino analogo, microtecnologia. Nano es todo aquello cuya escala de actuación son los nanómetros (10^-9 m). Las bacterias tienen un tamaño tipico de 0,5 a 5 micrómetros (10^-6 m), que ya no corresponderian a la definición usual de nanotecnologia por ser demasiado grandes (y el motor que hacian funcionar era bastante mas grande que la bacteria). Por otro lado, a esa escala ya no son apreciables los efectos cuanticos y electrónicos propios de los nanomateriales.

Lo dejo aqui de momento. Esta tarde intento responderte mas extensamente a esta y al resto de preguntas.

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Gaff
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MensajePublicado: Jue Nov 23, 2006 3:35 pm    Asunto: Responder citando

Gracias, es la existencia de los nanocristales, o nanomateriales lo que me intriga

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Triskelion
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MensajePublicado: Jue Nov 23, 2006 11:08 pm    Asunto: Responder citando

Voy a intentar responderte yo, Gaff, y que luego Mott matice, amplíe, corrija o deshaga a gusto.

>>>SPOILER<<< Mr. Green

Los nanocristales son cristales de un material normal y corriente que han sido sintetizados a escala nanométrica: suelen tener normalmente un tamaño entre 10 y 90 nanómetros. Los efectos que se buscan a la hora de crear cristales tan pequeños son dos. Uno, el que expliqué más arriba de dejar más átomos en la superficie del cristal. Y el otro, que me olvidé de decir, es el confinamiento cuántico. A los que hayan estudiado cuántica esto les sonará del arquetípico problema de la partícula en una caja. Para los que no, sólo decir que cuando un sistema cuántico está confinado entre "paredes", y por paredes me puedo referir a paredes físicas de otro material o por un campo magnético o eléctrico, su energía se cuantiza: sólo puede adoptar unos determinados valores que dependen de las dimensiones físicas entre las cuales el sistema queda confinado. En el caso de un nanocristal, el confinamiento cuántico más los efectos de superficie cambian la estructura electrónica del cristal y modifican sus propiedades.

En el caso de los quantum dots, estos efectos sirven para "sintonizar" las frecuencias electromagnéticas que absorben y emiten. Jugando con el tipo de material del quantum dot, el material de la matriz donde está sumergido, la forma y el tamaño del nanocristal se puede conseguir una variada gama de colores de fluorescencia con una buena intensidad. Y no sólo eso, sino que también con la parafernalia adecuada se pueden construir láseres de quantum dots. Por ejemplo, el cacharrito que crea el láser azul de la Playstation 3 tiene quantum dots.

Pero no sólo las propiedades ópticas pueden cambiar, sino también parámetros como la reactividad o la dureza. Un caso que a mí me encanta recordar es el del oro: en estado macroscópico es un material noble, no reacciona con casi nada y cuesta muchísimo atacarlo. Sin embargo, si creas nanocristales de oro éstos se vuelven muy reactivos y son capaces de adherir moléculas orgánicas a su superficie.

Espero que algo de esto haya sido comprensible Smile


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Gaff
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Ubicación: En La Nave
MensajePublicado: Mie Nov 29, 2006 12:52 pm    Asunto: Responder citando

Yo saqué un mísero notable en Mecánica Cuántica, pero no llegué a eso...
Voy a seguir planteando dudas (que no pegas):
1. ¿Cómo se crea el nanocristal?
2. En la vida real ¿qué aplicaciones tiene el confinamiento y cómo se produce?.
3. ¿Algúna macroaplicación a la que creeis que tiende esta tecnología?

Wink

Si doy mucho el coñazo me lo decís y busco algo para enterarme por internet... pero es más fácil que se lo expliquen a uno Mr. Green


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Mott
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Ubicación: A town called Malice
MensajePublicado: Mie Nov 29, 2006 1:40 pm    Asunto: Responder citando

Triskelion escribió:
Voy a intentar responderte yo, Gaff, y que luego Mott matice, amplíe, corrija o deshaga a gusto.


Si lo explicas la mar de bien, hombre. No tengo mucha cosa que añadir. Simplemente, como curiosidad, el nanocristal mas pequeño que se ha sintetizado hasta ahora se compone de un unico atomo de cobalto suspendido en un compuesto organico (Park, J. et al., Nature, 2002, 417, 722–725).

Gaff escribió:
1. ¿Cómo se crea el nanocristal?


El metodo mas comun (al menos el que he leido que se utiliza para nanocristales de selenuro de cadmio, que son los mas habituales) es por sintesis quimica (reacción de óxido de cadmio con selenio a unos 225 oC).

Gaff escribió:
2. En la vida real ¿qué aplicaciones tiene el confinamiento y cómo se produce?.


Segun la wikipedia, aparte de en los quantum dots, el confinamiento se produce tambien en los alambres cuanticos (quantum wires) y en los pozos cuanticos (quantum wells), que confinarian un electrón en 1-D y 2-D respectivamente. Mientras que los alambres son sólo una suposición teórica, los pozos se pueden formar intercalando una capa de un semiconductor entre dos capas de otro semiconductor con un hueco entre banda de valencia y banda conductora mayor. Actualmente, los pozos cuanticos se utilizan en electrónica en la fabricación de diodos y transistores.



Gaff escribió:
3. ¿Algúna macroaplicación a la que creeis que tiende esta tecnología?


Pues aparte de su uso en electrónica, para la construcción de laseres, diodos, transistores y demas, se utilizan como marcadores biológicos (por su tamaño pueden introducirse en regiones de las celulas donde otro tipo de tinturas no llegan) y se ha postulado su uso en celulas solares de alta eficiencia (podria llegar a un 60%). Tambien pueden combinarse con LEDs y otros dispositivos para producir luz mas eficientemente. A grosso modo, todos los dispositivos en los que intervengan fotones y electrones, son susceptibles de ser modificados por estos materiales. Ah, y tambien se habla mucho de un posible ordenador cuantico que funcionaria tambien gracias a los quantum dots... Pero esto es otra historia de la que se me escapan muchas cosas.

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Triskelion
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Ubicación: The Ivory Tower of Cambridge
MensajePublicado: Mie Nov 29, 2006 3:25 pm    Asunto: Responder citando

Mott escribió:
Ah, y tambien se habla mucho de un posible ordenador cuantico que funcionaria tambien gracias a los quantum dots... Pero esto es otra historia de la que se me escapan muchas cosas.


Puff y las que se me escapan a mi... Hoy en el departamento hemos tenido un seminario dado por un tipo que trabaja en eso. De ese seminario concluyo que lo de los ordenadores cuanticos sobrepasa en varios ordenes de magnitud mis capacidades intelectuales. Lo poco que he pillado es que se aprovecha el confinamiento cuantico en el quantum dot para crear qubits.

Otras aplicaciones macroscopicas de los nanocristales aparecen en la ciencia de materiales pura y dura. Creo recordar que hace poco aparecio un material casi tan duro como el diamante que estaba hecho de un compuesto de carbono similar a los nanotubos.

En cuanto a la sintesis, si te sales del campo de los quantum dots y te vas a los nanocristales en general, hay una amplia gama de metodos: sintesis quimica con plasmas, deposicion en superficies... Hace poco un tipo publicaba que habia conseguido sintetizar nanocubos de MgO por aplicacion de un plasma a un gas de magnesio. De momento, lo de crear tu nanocristal atomo a atomo con el microscopio de efecto tunel aun esta lejos (es muy muy lento)

Ah, y lo del laser de quantum dots da para imaginaciones estilo Comandante Cobra: armas de laser, proyectores mastodonticos y todo eso.


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Gaff
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Ubicación: En La Nave
MensajePublicado: Mie Nov 29, 2006 4:46 pm    Asunto: Responder citando

Shocked Lo flipo... yo tenía entendido que los ordenadores cuánticos lo que harían es tratar de aprovechar todos las propiedades de partícula aparte de carga, como sería el spin, etc... con lo que se multiplicaría por 32 las posibilidades de cada bit de información o algo de eso. Evidentemente tal y como habeis explicado los quantum dots podrían dar paso a ello, ¿no?

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Curro
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Ubicación: Madriz
MensajePublicado: Mie Nov 29, 2006 5:37 pm    Asunto: Responder citando

Cómo está la ciencia, ríete del "bio-alcohol", "supra plus", "mega perl" o el "intratex" después de leer "se aprovecha el confinamiento cuantico en el quantum dot para crear qubits" me doy cuenta que soy tonto del qulo.
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Gaff
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Registrado: Feb 16, 2005
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Ubicación: En La Nave
MensajePublicado: Mie Nov 29, 2006 6:19 pm    Asunto: Responder citando

Laughing

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