Las fibras ópticas se extienden por miles de kilómetros por debajo de los océanos y ya conectan todos los continentes excepto la Antártida. Con menos pérdida de datos y mayor ancho de banda, la tecnología de fibra óptica permite que la información recorra el mundo, trayendo y llevando imágenes, vídeos y otros datos en una fracción de segundo. Pero a pesar de que las fibras ópticas están sustituyendo cada vez más a los cables de cobre, llevando la información a través de los fotones en lugar de electrones, la tecnología informática actual aún depende de chips electrónicos.
Ahora, los investigadores dirigidos por ingenieros del California Institute of Technology (Caltech) están allanando el camino hacia la próxima generación de chips informáticos: los chips fotónicos. Con circuitos integrados que utilizan luz en lugar de electricidad, los chips fotónicos permitirán la creación de ordenadores más rápidos y con conexión directa a la red mundial de fibra óptica.
La investigación, que ha sido publicada en la revista Science, describe una nueva técnica para aislar las señales de luz en un chip de silicio, la solución de un problema de largo recorrido en los chips de ingeniería fotónica, informa Europa Press.
"Queremos tenerlo todo en un chip electrónico y reproducirlo en un chip fotónico", dice el investigador en ingeniería eléctrica y autor principal del artículo, Liang Feng.
Del diodo al aislador óptico
Una señal de luz aislada sólo puede viajar en una dirección. Si la luz no se encontrara aislada, las señales enviadas y recibidas entre los diferentes componentes de un circuito fotónico podrían interferir unas con otras, haciendo que el chip se vuelva inestable.
En un circuito eléctrico, un dispositivo llamado diodo aísla las señales eléctricas, permitiendo que la corriente viaje en una dirección pero no en otra. El objetivo, entonces, es crear el análogo fotónico de un diodo, un dispositivo llamado aislador óptico. "Esto es algo que los científicos han estado buscando desde hace 20 años", dice Feng.
Normalmente, un haz de luz tiene exactamente las mismas propiedades cuando se mueve hacia adelante que cuando es reflejado hacia atrás. Con el fin de aislar la luz, sus propiedades necesitan cambiar de alguna manera cuando vayan en la dirección opuesta. Un aislador óptico puede bloquearla permitiendo que las señales viajen en un solo sentido entre los dispositivos de un chip.
Para aislar la luz, Feng y sus colaboradores diseñaron un nuevo tipo de guía de ondas ópticas, un dispositivo de silicio que canaliza la luz. La guía de ondas permite que la luz vaya en una dirección, pero cambia las propiedades de la luz cuando ésta viaja en la dirección opuesta, o dicho de otra forma, la luz viaja de modo simétrico en una dirección, pero cambia a modo asimétrico en la otra.
Anteriormente, existían dos formas principales para lograr este tipo de aislamiento óptico. Una de ellas –desarrollada por primera vez hace casi un siglo– es mediante el uso de un campo magnético. El campo magnético cambia la polarización de la luz (la orientación del campo eléctrico de la luz) cuando se viaja en la dirección opuesta, de modo que la luz que va en una dirección no puede interferir con la luz que va hacia la contraria. "El problema es que no se puede poner un campo magnético grande al lado de un ordenador", señala el científico, que apunta que esta afirmación se debe a que "no es saludable".
El segundo método convencional requiere de los llamados materiales ópticos no lineales, que cambian la frecuencia de la luz, en lugar de su polarización. Esta técnica fue desarrollada hace aproximadamente 50 años, pero es problemática porque el silicio, el material base para el circuito integrado, es un material lineal. Si los ordenadores utilizaran aisladores ópticos hechos materiales no lineales, el silicio tendría que ser reemplazado, lo que exigiría la modernización de toda la tecnología informática. Sin embargo, con las nuevas guías de onda de silicio, los investigadores han conseguido aislar la luz, por primera vez, con un material lineal.
Esencial para comercializar chips mucho más rápidos que los electrónicos
Aunque este trabajo es sólo un experimento de prueba, los investigadores ya están construyendo un aislador óptico que puede ser integrado en un chip de silicio. Un aislador óptico es fundamental para la construcción de dispositivos fotónicos integrados a nanoescala y componentes que permitan, en el futuro, integrar sistemas de información en un chip.
Actualmente, el estado de la técnica de chips fotónicos funciona a 10 gigabits por segundo (Gbps), cientos de veces más la velocidad de transferencia de datos de los ordenadores de hoy en día, y esperan llegar pronto a los 40 Gbps. Sin embargo, sin integrar aisladores ópticos, los chips son mucho más simples que sus equivalentes electrónicos y todavía no están listos para el mercado. Los aisladores ópticos, como el diseñado por los investigadores, serán cruciales para que los chips fotónicos sean comercialmente viables.
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