Investigadores del Instituto de Tecnología de Califo ia (Caltech, en EE.UU) y de la Universidad de Califo ia, San Diego (UCSD, en Estados Unidos), han avanzado un paso hacia la creación de un aparato que previene que las señales lumínicas se reflejen y produzcan errores en los circuitos ópticos.
Se espera que los chips que computan con luz en vez de electrones sean no sólo más rápidos, sino también menos caros y más eficientes en términos de consumo de energía que sus equivalentes convencionales. Pero, para poder producirse de forma económica, mucha gente está convencida de que los chips fotónicos deben estar compuestos por silicio, usando el equipo que ya se usa para construir microchips electrónicos.
Los investigadores ya han creado muchos de los elementos necesarios para un circuito fotónico de silicio, incluyendo moduladores superrápidos para encriptar la información sobre haces de luz y detectores para leer esos haces.
Pero cómo viaja la luz a través del silicio sigue siendo un gran problema. La luz no viaja en una única dirección, rebota en todas direcciones e incluso se refleja, lo cual es desastroso en un circuito. Si un aparato óptico diseñado para recibir dos inputs recibiera un tercer input como resultado de una luz rebotada de vuelta, produciría un error. Según aumentara la complejidad del circuito, las reflexiones, que producirían errores, lo abrumarían.
Los investigadores de Caltech y UCSD han desarrollado una guía de ondas de silicio que hace que la luz se comporte de forma distinta dependiendo de la dirección en la que viaja. Los investigadores, dirigidos por el profesor de ingeniería eléctrica Axel Scherer, crearon una guía de ondas de una tira larga y estrecha de este material, con una anchura de unos 800 nanómetros y puntos metálicos en los lados, como parachoques. La luz viaja libremente en una dirección por la guía de ondas, pero se tuerce si viaja en la dirección contraria.
“Éste es un importante avance en un campo en el que necesitamos unos cuantos”, afirma Marin Soljačić, profesor de física en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, en EE.UU.). Soljačić no ha estado involucrado en la investigación. La falta de componentes de este tipo ha sido el mayor obstáculo para la integración de la óptica a una escala parecida a la electrónica”, añade.
Los físicos llevan mucho tiempo lidiando con el comportamiento desordenado de la luz en el silicio. El nuevo diseño es el resultado de años de trabajo teórico de los investigadores califo ianos así como de Soljačić, Shanhui Fan en la Universidad de Stanford (EE.UU.), y otros. Anteriormente los investigadores sólo habían logrado que la luz se comportara así en materiales magnéticos, que no se pueden incorporar a un circuito de silicio, según explica Michelle Povinelli, profesora adjunta de ingeniería eléctrica en la Universidad del Sur de Califo ia (EE.UU.).
Soljačić sostiene que la nueva guía de ondas es especialmente significativa porque se fabricó usando los mismos métodos que la industria de semiconductores. “Es un paso muy importante hacia la integración a gran escala de la óptica”.
Liang Feng, investigador de Caltech, asegura que el equipo ahora trabaja en crear un aislador completo: un componente que sólo permite que la luz viaje en una única dirección, en vez de desviarla cuando va en el sentido equivocado. Afirma que el trabajo actual es “sólo el primer paso”.
“Ahora se trata de trabajar con este descubrimiento fundamental”, asegura Keren Bergman, profesora de ingeniería eléctrica en la Universidad de Columbia. Bergman no tiene ninguna relación con el estudio.
Como explica Bergman, incluso después de haber resuelto ese trabajo de ingeniería aún queda un gran problema para la fotónica de silicio: no hay una buena forma de producir las fuentes de luz necesarias para los procesadores ópticos de silicio. Soljačić añade que un ordenador óptico también necesitará memoria óptica, que tampoco se ha creado aún. Sin embargo, el trabajo actual supera la “duda más grande” que preocupaba a los ingenieros, según Soljačić. “Ahora, con este trabajo, me siento mucho mejor”, concluye.