Optoelectrónica
Una nueva tecnología acelerará un millón de veces a los ordenadores actuales
Crea puertas lógicas basadas en láser que alcanzan la máxima velocidad de los fenómenos optoelectrónicos
Eduardo Martínez de la Fe
Una nueva tecnología permitirá a los ordenadores procesar información un millón de veces más deprisa que en la actualidad. Basada en la electrónica de ondas de luz, crea puertas lógicas que pueden gestionar la información a la velocidad de petahercios, el máximo permitido para los fenómenos optoelectrónicos.
Investigadores de la Universidad de Rochester (Nueva York) y de la Universidad de Erlangen-Núremberg (FAU), en Alemania, han desarrollado un nuevo tipo de puertas lógicas que utilizan pulsos láser, operan en escalas de tiempo de femtosegundos y son un millón de veces más rápidas que las de los ordenadores actuales.
Una puerta lógica es un circuito electrónico que tiene el mismo comportamiento que una función lógica. Se usa para programar y dar instrucciones a un ordenador. Es como un interruptor controlado eléctricamente, capaz de rectificar, modular o amplificar corrientes eléctricas.
Las puertas lógicas están presentes en la mayoría de los circuitos electrónicos: mediante la tensión eléctrica, gestionan los trenes de unos y ceros que forman el sistema binario usado por los ordenadores para almacenar información.
ENERGÍA LÁSER
El nuevo tipo de puerta lógica propuesto por los científicos se basa en la energía de los láseres. Esta tecnología se conoce como electrónica de ondas de luz: aplicada a las puertas lógicas, consigue que funcionen mucho más deprisa que las puertas lógicas actuales.
Mientras que las puertas lógicas tradicionales tienen un retraso en el procesamiento de la información del orden de nanosegundos, las nuevas puertas lógicas procesan la información a la velocidad de femtosegundos: el nanosegundo representa la milmillonésima parte de un segundo, mientras que un femtosegundo constituye la milbillonésima parte de un segundo.
Traducido a términos computacionales, este desarrollo tecnológico permitirá a los ordenadores medir la velocidad de procesamiento en la escala de petahercios (PHz), frente a los gigahercios (GHz) que se emplean en la actualidad.
Este logro, todavía potencial, es sumamente importante, porque un estudio reciente había calculado que la velocidad de procesamiento tiene un límite infranqueable para los fenómenos optoelectrónicos: no puede ir más allá de un petahercio (un millón de gigahercios), incluso si el material se excita de manera óptima con pulsos de láser.
ELECTRÓNICA Y LUZ
Valorando este resultado, la FAU explica que la velocidad de cómputo de los procesadores de ordenadores y teléfonos inteligentes está dada por los así llamados transistores de efecto de campo, que usan el campo eléctrico para controlar la forma y la conductividad de un circuito.
Estos transistores se reducen cada vez más de tamaño para poder introducir el máximo de ellos en los microchips: los últimos transistores miden solo 0,000005 milímetros de tamaño, el equivalente a unos pocos átomos. Seguramente no será posible hacer transistores más pequeños, según la FAU.
Por este motivo, y aunque los ordenadores modernos ya funcionan a la impresionante velocidad de varios gigahercios, lo que se traduce en varios miles de millones de operaciones informáticas por segundo, los físicos están trabajando desde hace tiempo para controlar la electrónica con ondas de luz.
La oscilación de una onda de luz dura aproximadamente un femtosegundo. Controlar las señales eléctricas con luz podría hacer que los ordenadores del futuro sean un millón de veces más rápidos, que es el objetivo del procesamiento de señales de petahercios o de la electrónica de ondas de luz.
LUZ EN CORRIENTE
Los investigadores de la FAU han estado investigando durante varios años cómo las ondas de luz se pueden convertir en pulsos de corriente. En sus experimentos, iluminan una estructura de grafeno y electrodos de oro con pulsos láser ultracortos. Estos pulsos inducen ondas de electrones en el grafeno, que se mueven hacia los electrodos de oro, donde se miden como pulsos de corriente y se pueden procesar como información.
Los físicos de la FAU han podido demostrar por primera vez que este método se puede utilizar para operar una puerta lógica, y conseguir así un procesamiento más potente de la información binaria entrante (0 y 1).
La puerta lógica requiere dos señales de entrada, que en el nuevo desarrollo son ondas de electrones de cargas reales y virtuales, excitadas por dos pulsos láser sincronizados.
Probablemente pasará mucho tiempo antes de que esta tecnología pueda usarse en un chip informático, pero los investigadores destacan que la importancia de su trabajo radica principalmente en haber confirmado que la electrónica de ondas de luz es una tecnología viable para la construcción de puertas lógicas.
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REFERENCIA
Light-field control of real and virtual charge carriers. Tobias Boolakee et al. Nature volume 605, pages251–255 (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04565-9
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Fuente:
