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El divisor de haz para chips fotónicos de silicio. Imagen: Dan Hixson. Fuente: Universidad de Utah.
Ingenieros de la Universidad de Utah (EE.UU.) han dado un paso adelante en la creación de la próxima generación de ordenadores y dispositivos móviles con velocidades millones de veces más rápidas que las máquinas actuales.
Los ingenieros de Utah han desarrollado un divisor de haz ultracompacto - el más pequeño del que haya registro- para dividir las ondas de luz en dos canales separados de información. El dispositivo acerca a los investigadores a la producción de chips fotónicos de silicio que computen y transporten datos con luz en lugar de electrones. El profesor de Ingeniería Eléctrica y Computación Rajesh Menon y sus colegas describen su invención en la revista Nature Photonics.
La fotónica de silicio podría aumentar significativamente la fuerza y la velocidad de las máquinas, como las supercomputadoras, servidores de centros de datos y los equipos especializados que dirigen los coches autónomos y los drones con detección de colisiones. Con el tiempo, la tecnología podría llegar a los ordenadores personales y dispositivos móviles y mejorar las aplicaciones, desde los juegos hasta el streaming de vídeo.
"La luz es la cosa más rápida que se puede utilizar para transmitir información", explica Menon en la nota de prensa de la universidad. "Pero esa información tiene que ser convertido a electrones cuando entra en su computadora portátil. En esa conversión, se frenan las cosas. La idea es hacer todo con luz."
Los fotones de luz llevan la información a través de Internet a través de redes de fibra óptica. Pero una vez que un flujo de datos alcanza un destino en el hogar o la oficina, los fotones se deben convertir en electrones antes de que un router o un ordenador pueda manejar la información. Ese cuello de botella podría eliminarse si el flujo de datos se mantuviera en forma de luz dentro de los procesadores de ordenador.
"Con toda en forma de luz, la computación puede ser con el tiempo millones de veces más rápida", dice Menon.
Los ingenieros de Utah han desarrollado un divisor de haz ultracompacto - el más pequeño del que haya registro- para dividir las ondas de luz en dos canales separados de información. El dispositivo acerca a los investigadores a la producción de chips fotónicos de silicio que computen y transporten datos con luz en lugar de electrones. El profesor de Ingeniería Eléctrica y Computación Rajesh Menon y sus colegas describen su invención en la revista Nature Photonics.
La fotónica de silicio podría aumentar significativamente la fuerza y la velocidad de las máquinas, como las supercomputadoras, servidores de centros de datos y los equipos especializados que dirigen los coches autónomos y los drones con detección de colisiones. Con el tiempo, la tecnología podría llegar a los ordenadores personales y dispositivos móviles y mejorar las aplicaciones, desde los juegos hasta el streaming de vídeo.
"La luz es la cosa más rápida que se puede utilizar para transmitir información", explica Menon en la nota de prensa de la universidad. "Pero esa información tiene que ser convertido a electrones cuando entra en su computadora portátil. En esa conversión, se frenan las cosas. La idea es hacer todo con luz."
Los fotones de luz llevan la información a través de Internet a través de redes de fibra óptica. Pero una vez que un flujo de datos alcanza un destino en el hogar o la oficina, los fotones se deben convertir en electrones antes de que un router o un ordenador pueda manejar la información. Ese cuello de botella podría eliminarse si el flujo de datos se mantuviera en forma de luz dentro de los procesadores de ordenador.
"Con toda en forma de luz, la computación puede ser con el tiempo millones de veces más rápida", dice Menon.
Rajesh Menon. Imagen: Dan Hixson. Fuente: Universidad de Utah.
Divisor de haz
Para ayudar a hacer eso, los ingenieros crearon una forma mucho más pequeña de divisor de haz por polarización (que parece algo así como un código de barras) en la parte superior de un chip de silicio que puede dividir la luz guiada entrante en sus dos componentes.
Antes, un divisor de haz así tenía más de 100 por 100 micras. Gracias a un nuevo algoritmo para diseñar el divisor, el equipo de Menon lo ha reducido a 2,4 por 2,4 micras, un quinto del grosor de un cabello humano y cercano al límite de lo que es físicamente posible.
El divisor de haz sería sólo uno de una multitud de dispositivos pasivos colocados en un chip de silicio para dirigir las ondas de luz de diferentes maneras. Al hacerlos más pequeños, los investigadores podrán meter millones de estos dispositivos en un solo chip.
Las ventajas potenciales van más allá de la velocidad de procesamiento. El diseño del equipo de Utah sería barato de producir, ya que utiliza técnicas de fabricación existentes para la creación de chips de silicio. Y debido a que los chips fotónicos transportan fotones en lugar de electrones, los dispositivos móviles como teléfonos inteligentes o tabletas construidas con esta tecnología consumirían menos energía, tendrían mayor duración de batería y generarían menos calor que los dispositivos móviles existentes.
Las primeras supercomputadoras que usen la fotónica de silicio -ya en fase de desarrollo en empresas como Intel e IBM- utilizarán procesadores híbridos que permanecerán electrónicos en parte. Menon cree que su divisor de haz se podría utilizar en esas computadoras en unos tres años. Los centros de datos que requieren conexiones más rápidas entre computadoras también podrían implementar la tecnología pronto, añade.
Para ayudar a hacer eso, los ingenieros crearon una forma mucho más pequeña de divisor de haz por polarización (que parece algo así como un código de barras) en la parte superior de un chip de silicio que puede dividir la luz guiada entrante en sus dos componentes.
Antes, un divisor de haz así tenía más de 100 por 100 micras. Gracias a un nuevo algoritmo para diseñar el divisor, el equipo de Menon lo ha reducido a 2,4 por 2,4 micras, un quinto del grosor de un cabello humano y cercano al límite de lo que es físicamente posible.
El divisor de haz sería sólo uno de una multitud de dispositivos pasivos colocados en un chip de silicio para dirigir las ondas de luz de diferentes maneras. Al hacerlos más pequeños, los investigadores podrán meter millones de estos dispositivos en un solo chip.
Las ventajas potenciales van más allá de la velocidad de procesamiento. El diseño del equipo de Utah sería barato de producir, ya que utiliza técnicas de fabricación existentes para la creación de chips de silicio. Y debido a que los chips fotónicos transportan fotones en lugar de electrones, los dispositivos móviles como teléfonos inteligentes o tabletas construidas con esta tecnología consumirían menos energía, tendrían mayor duración de batería y generarían menos calor que los dispositivos móviles existentes.
Las primeras supercomputadoras que usen la fotónica de silicio -ya en fase de desarrollo en empresas como Intel e IBM- utilizarán procesadores híbridos que permanecerán electrónicos en parte. Menon cree que su divisor de haz se podría utilizar en esas computadoras en unos tres años. Los centros de datos que requieren conexiones más rápidas entre computadoras también podrían implementar la tecnología pronto, añade.
Referencia bibliográfica:
Bing Shen, Peng Wang, Randy Polson, Rajesh Menon: An integrated-nanophotonics polarization beamsplitter with 2.4 × 2.4 μm2 footprint. Nature Photonics (2015). DOI: 10.1038/nphoton.2015.80.
Bing Shen, Peng Wang, Randy Polson, Rajesh Menon: An integrated-nanophotonics polarization beamsplitter with 2.4 × 2.4 μm2 footprint. Nature Photonics (2015). DOI: 10.1038/nphoton.2015.80.
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