Durante las últimas cuatro décadas, la industria de la electrónica ha sido impulsada por lo que se llama "Ley de Moore, "que no es una ley sino más bien un axioma u observación. Efectivamente, sugiere que los dispositivos electrónicos duplican su velocidad y capacidad aproximadamente cada dos años. Y de hecho, cada año, las empresas de tecnología crean nuevas más rápido, gadgets más inteligentes y mejores.

Específicamente, Ley de Moore, como lo expresó el cofundador de Intel, Gordon Moore, es que "La cantidad de transistores incorporados en un chip se duplicará aproximadamente cada 24 meses". Transistores minúsculos interruptores eléctricos, son la unidad fundamental que impulsa todos los dispositivos electrónicos que se nos ocurren. A medida que se hacen más pequeños también se vuelven más rápidos y consumen menos electricidad para funcionar.

En el mundo de la tecnología, Una de las preguntas más importantes del siglo XXI es:¿Qué tan pequeños podemos hacer los transistores? Si hay un límite para lo pequeños que pueden llegar a ser, podríamos llegar a un punto en el que ya no podamos seguir haciendo más pequeños, mas poderoso, dispositivos más eficientes. Es una industria con más de US $ 200 mil millones en ingresos anuales solo en los EE. UU. ¿Podría dejar de crecer?

Acercándose al límite

En la actualidad, empresas como Intel producen transistores en masa de 14 nanómetros de diámetro, solo 14 veces más anchos que las moléculas de ADN. Están hechos de silicona el segundo material más abundante en nuestro planeta. El tamaño atómico del silicio es de aproximadamente 0,2 nanómetros.

Los transistores actuales tienen aproximadamente 70 átomos de silicio de ancho, por lo que la posibilidad de hacerlos aún más pequeños se está reduciendo. Nos estamos acercando mucho al límite de lo pequeño que podemos hacer un transistor.

En el presente, Los transistores utilizan señales eléctricas (electrones que se mueven de un lugar a otro) para comunicarse. Pero si pudiéramos usar la luz compuesto por fotones, en lugar de electricidad, podríamos hacer transistores aún más rápidos. Mi trabajo, en encontrar formas de integrar el procesamiento basado en la luz con chips existentes, es parte de ese esfuerzo naciente.

Poniendo luz dentro de un chip

Un transistor tiene tres partes; Piense en ellos como partes de una cámara digital. Primero, la información entra en la lente, análogo a la fuente de un transistor. Luego viaja a través de un canal desde el sensor de imagen hasta los cables dentro de la cámara. Y por último, la información se almacena en la tarjeta de memoria de la cámara, que se llama "drenaje" de un transistor, donde finalmente termina la información.

Ahora, todo eso sucede al mover electrones. Para sustituir la luz como medio, en su lugar, necesitamos mover fotones. Las partículas subatómicas como electrones y fotones viajan en un movimiento ondulatorio, vibrando hacia arriba y hacia abajo incluso cuando se mueven en una dirección. La longitud de cada ola depende de lo que atraviesa.

En silicio, la longitud de onda más eficiente para los fotones es de 1,3 micrómetros. Esto es muy pequeño:un cabello humano mide alrededor de 100 micrómetros de ancho. Pero los electrones en el silicio son incluso más pequeños, con longitudes de onda de 50 a 1, 000 veces más corto que los fotones.

Esto significa que el equipo para manipular fotones debe ser más grande que los dispositivos de manipulación de electrones que tenemos hoy. Entonces podría parecer que nos obligaría a construir transistores más grandes, en lugar de los más pequeños.

Sin embargo, por dos razones, Podríamos mantener los chips del mismo tamaño y ofrecer más potencia de procesamiento, encoge las virutas mientras proporciona la misma potencia, o, potencialmente ambos. Primero, un chip fotónico necesita solo unas pocas fuentes de luz, generando fotones que luego se pueden dirigir alrededor del chip con lentes y espejos muy pequeños.

Y segundo, la luz es mucho más rápida que los electrones. En promedio, los fotones pueden viajar unas 20 veces más rápido que los electrones en un chip. Eso significa computadoras que son 20 veces más rápidas, un aumento de velocidad que tardaría unos 15 años en alcanzarse con la tecnología actual.

Los científicos han demostrado un progreso hacia los chips fotónicos en los últimos años. Un desafío clave es asegurarse de que los nuevos chips basados ​​en luz puedan funcionar con todos los chips electrónicos existentes. Si somos capaces de descubrir cómo hacerlo, o incluso usar transistores basados ​​en luz para mejorar los electrónicos, podríamos ver una mejora significativa en el rendimiento.

¿Cuándo puedo obtener una computadora portátil o un teléfono inteligente ligero?

Todavía nos queda mucho camino por recorrer antes de que el primer dispositivo de consumo llegue al mercado, y el progreso lleva tiempo. El primer transistor se fabricó en el año 1907 utilizando tubos de vacío, que por lo general tenían entre una y seis pulgadas de alto (un promedio de 100 mm). En 1947, el tipo actual de transistor, el que ahora tiene solo 14 nanómetros de diámetro, se inventó y tenía 40 micrómetros de largo (aproximadamente 3, 000 veces más largo que el actual). Y en 1971 el primer microprocesador comercial (el motor de cualquier dispositivo electrónico) fue 1, 000 veces más grande que el de hoy cuando se lanzó.

Los vastos esfuerzos de investigación y la consecuente evolución observada en la industria electrónica recién están comenzando en la industria fotónica. Como resultado, La electrónica actual puede realizar tareas que son mucho más complejas que los mejores dispositivos fotónicos actuales. Pero a medida que avanza la investigación, la capacidad de la luz se pondrá al día, y finalmente superar, velocidades de la electrónica. Sin importar el tiempo que tarde en llegar, el futuro de la fotónica es brillante.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.