Nuevo enfoque óptico promete mejoras en la velocidad de los procesadores

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Nuevo enfoque óptico promete mejoras en la velocidad de los procesadores

La velocidad de nuestras computadoras ha ido creciendo a un ritmo constante. Sin embargo, aún con la tecnología actual, es posible que los procesadores no puedan superar su rapidez máxima, ni siquiera agregando más transistores. Una salida a este estancamiento podría venir en forma de circuitos ópticos, pues dentro la información está codificada en luz en lugar de electrónica. 

En 2019, un equipo de investigadores construyó el primer transistor ultrarrápido y totalmente óptico capaz de funcionar a temperatura ambiente. Ahora, el equipo ha logrado desarrollar una guía de ondas de silicio que conecta dichos transistores con pérdidas mínimas de luz entre ellos. 

Este es un logro notable dado que el silicio es un absorbente notoriamente fuerte de la luz visible. Es bastante útil para paneles solares, pero aparentemente inservible para una guía de ondas, donde la absorción de la luz significa pérdida de señal. 

El estudio, que tiene como primer autor a Darius Urbonas de IBM, fue publicado en Light: Science & Applications.

Una cerca para confinar la luz

A fin de evitar la absorción de la luz, los investigadores pensaron en una solución que involucraba nanoestructuras llamadas rejillas de alto contraste. Estas consisten en “postes” alineados para formar una especie de cerca que evita que la luz se escape. 

Ilustración de un par de rejillas de silicio de alto contraste que se pueden utilizar para guiar la luz visible en un chip con bajas pérdidas a pesar de una gran absorción por el material de silicio. (Urbonas, D., Mahrt, RF y Stöferle)

Los postes tienen 150 nanómetros de diámetro y están espaciados de tal manera que la luz que pasa a través de ellos interferirá destructivamente con la que pasa entre ellos. Es algo complejo de entender, pero gracias al fenómeno de interferencia las ondas, como la luz, se cancelan entre sí en un punto del espacio. De esta manera, la interferencia asegura que la luz no pueda filtrarse a través de la rejilla. Mas bien, la mayor parte de la luz se refleja dentro de la guía de ondas. 

Chip de prueba de silicio con guías de onda de rejilla de alto contraste. (Urbonas, D., Mahrt, RF y Stöferle, T.)

Los investigadores de IBM también demostraron que la absorción de luz de los propios postes es mínima. Las pérdidas ascendían a un 13 por ciento a lo largo de un recorrido de luz de 1 milímetro dentro de la guía de ondas. Sin las rejillas, por otro lado, la absorción de luz hubiese sido de un 99,7 por ciento.

El equipo cree que su guía de ondas de silicio de baja pérdida podría permitir nuevos diseños de chips fotónicos para su uso en biosensores y otras aplicaciones que dependen de la luz visible. También podría beneficiar la ingeniería de componentes ópticos más eficientes, como láseres y moduladores, ampliamente utilizados en telecomunicaciones.

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