Los sistemas informáticos actuales representan bits de información, los 1 y 0 del código binario, con luz. Elementos de circuito, como transistores, operar con estas señales eléctricas, produciendo productos que dependen de sus insumos.

Tan rápido y poderoso como se han vuelto las computadoras, Ritesh Agarwal, profesor en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania, sabe que podrían ser más poderosos. El campo de la computación fotónica tiene como objetivo lograr ese objetivo utilizando la luz como medio.

La investigación de Agarwal sobre computación fotónica se ha centrado en encontrar la combinación correcta y la configuración física de materiales que puedan amplificar y mezclar ondas de luz de formas análogas a los componentes electrónicos de una computadora.

En un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , él y sus colegas han dado un paso importante:controlar con precisión la mezcla de señales ópticas a través de campos eléctricos personalizados, y obtener resultados con un contraste casi perfecto y relaciones de activación / desactivación extremadamente grandes. Esas propiedades son clave para la creación de un transistor óptico que funcione.

"En la actualidad, para calcular '5 + 7, 'necesitamos enviar una señal eléctrica para' 5 'y una señal eléctrica para' 7, 'y el transistor hace la mezcla para producir una señal eléctrica para '12, ", Dijo Agarwal." Uno de los obstáculos para hacer esto con la luz es que los materiales que son capaces de mezclar señales ópticas también tienden a tener señales de fondo muy fuertes. Esa señal de fondo reduciría drásticamente el contraste y las relaciones de encendido / apagado, lo que provocaría errores en la salida ".

Con señales de fondo que eliminan la salida deseada, necesariamente cualidades computacionales para transistores ópticos, como su relación de encendido / apagado, La fuerza de modulación y el contraste de la mezcla de señales han sido extremadamente pobres. Los transistores eléctricos tienen altos estándares para estas cualidades para evitar errores.

La búsqueda de materiales que puedan servir en transistores ópticos se complica por requisitos de propiedades adicionales. Sólo los materiales "no lineales" son capaces de este tipo de mezcla de señales ópticas.

Para abordar este asunto, El grupo de investigación de Agarwal comenzó por encontrar un sistema que no tiene señal de fondo para comenzar:un "cinturón" a nanoescala hecho de sulfuro de cadmio. Luego, aplicando un campo eléctrico a través del nanocinturón, Agarwal y sus colegas pudieron introducir no linealidades ópticas en el sistema que permiten una salida de mezcla de señal que de otro modo sería cero.

"Nuestro sistema se enciende de cero a valores extremadamente grandes, y por lo tanto tiene un contraste perfecto, así como grandes relaciones de modulación y encendido / apagado, "Dijo Agarwal." Por lo tanto, por primera vez, tenemos un dispositivo óptico con una salida que realmente se parece a un transistor electrónico ".

Con uno de los componentes clave enfocados, los próximos pasos hacia una computadora fotónica involucrarán su integración con interconexiones ópticas, moduladores, y detectores para demostrar el cálculo real.