Computación láser avanzada

Unos científicos han ideado una técnica mediante la cual secuencias láser se pueden utilizar no solo para transmitir información, sino también para procesarla, y a una velocidad muy superior a la máxima permitida por la electrónica de los procesadores convencionales.

El logro es obra de un equipo internacional encabezado por Francesco Gucci, del Instituto Politécnico de Milán en Italia.

La innovación propuesta por el equipo se basa en el uso de secuencias de pulsos de luz láser extremadamente cortos.

Los ordenadores actuales se basan en el movimiento de cargas eléctricas dentro de transistores; sin embargo, estos solo pueden alcanzar una frecuencia máxima cuyos límites físicos son muy difíciles de superar. A diferencia de la electrónica tradicional, basada en el movimiento de cargas eléctricas, el nuevo enfoque de diseño basado en luz láser permite manipular el estado de los electrones en la materia mediante luz oscilante. Los pulsos de luz láser pueden utilizarse no solo para transmitir información, sino también para procesarla. Con estos pulsos, se pueden controlar los estados cuánticos de la materia en escalas de tiempo de unas pocas millonésimas de milmillonésima de segundo: es decir, a las mismas frecuencias que las oscilaciones de la luz, velocidades del todo imposibles en la electrónica. Estas operaciones se realizan a ritmos superiores a los 10 terahercios, o sea con una velocidad más de cien veces mayor que la de los mejores dispositivos electrónicos modernos.

Para lograrlo, los investigadores se valieron de las propiedades físicas de un nuevo semiconductor bidimensional, el disulfuro de tungsteno (WS₂), que tiene un espesor de tan solo tres capas atómicas. Debido a los fenómenos cuánticos asociados a esta película nanométrica, los electrones pueden ocupar en su interior dos estados cuánticos distintos, conocidos como "valles". Estos valles pueden utilizarse como una nueva unidad de información, similar al cero y el uno de los ordenadores  tradicionales, pero mucho más rápida de controlar.

Parte del equipamiento empleado en los experimentos del nuevo sistema de computación láser. (Foto: Politecnico di Milano. CC BY-NC-ND)

Utilizando una secuencia precisa de pulsos láser de tan solo unos femtosegundos (millonésimas de una milmillonésima de segundo) de duración, los investigadores pudieron realizar operaciones lógicas similares a las de los circuitos electrónicos, pero a velocidades mucho mayores. Todo esto se hizo a temperatura ambiente y utilizando pulsos de luz láser del tipo de los que ya se usan habitualmente en muchos laboratorios de física.

Gucci y sus colegas exponen los detalles técnicos de su innovación en la revista académica Nature Photonics, bajo el título “Encoding and manipulating ultrafast coherent valleytronic information with lightwaves”. (Fuente: NCYT de Amazings)