¿Un metamaterial capaz de funcionar en sí mismo como una computadora mecánica?

En el joven campo de los metamateriales se han logrado en años recientes estructuras con capacidades sin precedentes, incluyendo lentes planas, capas de invisibilidad e incluso dispositivos ópticos "metatrónicos" (que pueden manipular la luz del modo en que los circuitos electrónicos manipulan el flujo de electrones).

Ahora, la Universidad de Pensilvania en Estados Unidos, la institución donde se construyó una de las primeras computadoras de la historia, la ENIAC, es el escenario pionero de los trabajos sobre un concepto que quizás conduzca a una nueva revolución de la computación.

La investigación preliminar llevada a cabo por expertos de esta universidad, así como de la de Texas en Austin y la de Sannio en Italia, muestra que es factible diseñar metamateriales capaces de por sí de ejecutar "cálculos fotónicos" a medida que una onda de luz los atraviesa.

Se puede considerar que la luz, descrita en términos de espacio y tiempo, posee un perfil que es una curva en un plano cartesiano. El material, por ahora solo teórico, ideado por los investigadores, puede realizar una operación matemática específica sobre el perfil de esa onda, a medida que la onda pasa a través del material.

En esencia, hacer incidir una onda de luz sobre un lado de dicho material haría que por la otra cara emergiera la luz con el resultado del cálculo.


Visualizar y manipular el perfil de una onda de luz es algo cotidiano para aplicaciones como por ejemplo el procesamiento de imágenes digitales, aunque lo usual es que se realice después de que la luz ha sido convertida en señales electrónicas que constituyen información digital. Los metamateriales computacionales que los investigadores han propuesto podrían realizar casi al instante dichas operaciones con la onda original, sin convertirla en señales electrónicas, y de modo no muy distinto en concepto a cómo la luz entra en una cámara a través de la lente.

Detrás de esta atrevida idea está el equipo de Nader Engheta y Alexandre Silva, de la Universidad de Pensilvania, Francesco Monticone y Andrea Alu, de la Universidad de Texas en Austin, así como Giuseppe Castaldi y Vincenzo Galdi, de la Universidad de Sannio en Italia.

Este concepto tiene sus raíces en lo que se puede describir como computación mecánica. Los predecesores de los ordenadores modernos fueron calculadoras mecánicas, las cuales usaban elementos físicos, que iban desde reglas deslizantes hasta complejos conjuntos de engranajes y ejes de transmisión, para representar, almacenar y manejar la información numérica. En las calculadoras más complejas, el usuario podía suministrar los valores iniciales para el cálculo mediante una rueda o disco, y luego hacer girar una manivela cierto número de veces. La maquinaria interna transformaba los valores iniciales gradualmente hasta que se obtenían los resultados. A mediados del siglo XX, las computadoras analógicas electrónicas reemplazaron a las mecánicas, usando resistencias, condensadores, bobinas y amplificadores, los cuales sustituyeron a las piezas mecánicas de aquellas primeras calculadoras mecánicas o protocomputadoras. Los valores iniciales y los resultados pasaron a ser valores eléctricos, y el procesamiento se pasó a realizar mediante circuitos eléctricos especialmente diseñados para hacer cálculos.

Un metamaterial con el diseño adecuado haría algo muy parecido a las piezas de una computadora mecánica. Con la combinación adecuada de metamateriales, quizá uno para cada clase de operación, dispuestos en las configuraciones apropiadas para cada caso, el objeto resultante sería una computadora en sí mismo.

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