La luz es una excelente portadora de información, siendo capaz de transferir datos a grandes distancias a través de cables de fibra óptica. Pero esta ventaja en cuanto a velocidad, puede convertirse en un problema cuando la información se tiene que procesar en computadoras y sistemas de telecomunicaciones.
Investigadores de la Universidad de Sidney han conseguido, por primera vez, reducir drásticamente la velocidad con que se transporta la información digital a través de la luz, mediante su almacenamiento como ondas acústicas dentro de un microchip, posibilitando el desarrollo de los sistemas de comunicación ópticos del futuro.
La luz como futuro de la computación
En la sociedad actual, dominada por una apetito insaciable de información, la gestión y almacenamiento de todos estos datos se está convirtiendo en un importante reto tecnológico. A medida que generamos cada vez más información, los centros de datos en la nube se sobrecalientan generando importantes gastos energéticos.
La utilización de la fotónica puede ser una solución todos a estos problemas, ya que tiene importantes ventajas con respecto a la tradicional transferencia de información electrónica: mayor ancho de banda, los datos viajan a la velocidad de la luz, no hay calor asociado, menor consumo de energía y no es susceptible las interferencias electromagnéticas.
Sin embargo, una de sus principales ventajas, la velocidad con que es capaz de enviar datos a través de internet por todo el mundo, es también su principal inconveniente para su gestión a nivel de microchips.
Para poder proporcionar una conexión entre los diferentes procesadores, necesitamos detener o ralentizar la luz ya que en muchas ocasiones el procesador receptor está todavía ocupado y no pueda manejar la información a esas velocidades. Es decir, se necesita un buffer de paquetes de luz en el chip. En los microchips tradicionales, esto se hace usando componentes electrónicos. Pero a medida que las computadoras y los sistemas de telecomunicaciones se vuelven más grandes y más rápidos, el calor asociado está haciendo que algunos sistemas sean inmanejables. El uso de chips fotónicos (sin pasar por la electrónica) es una solución a este problema que persiguen grandes empresas como IBM e Intel.
La luz almacenada como sonido
Para hacer frente a este desafío tecnológico, los investigadores de la Universidad de Sidney Moriz Merklein y Birgit Stiller, ambos del ARC Centre of Excellence for Ultrahigh Bandwidth Devices for Optical Systems (CUDOS), han desarrollado un nuevo diseño de microchip que permite ralentizar temporalmente la luz a una velocidad manejable para un mejor control del procesamiento de la computadora.
“La información en nuestros chips en forma acústica viaja a una velocidad cinco veces más lenta que en el ámbito óptico. Es similar a la diferencia que nos encontramos entre ver un rayo y escuchar el trueno” comenta la Dra Brigit Stiller.
Esta ralentización permite que los datos se almacenen y administren brevemente dentro del chip para su procesamiento, recuperación y posterior transmisión en forma de luz.
Los principios básicos del sistema se pueden ver en la siguiente figura: la luz entra en el microchip y es almacenada brevemente como una onda acústica para posteriormente propagarse como luz.
El proceso con más detalle es el siguiente:
- Un procesador codifica los datos recién calculados en paquetes de luz los envía al siguiente procesador
- si este procesador está todavía ocupado, el paquete de luz se transfiere en una onda de sonido
- la onda de sonido viaja cien mil veces más lentamente hacia el procesador, dándole el tiempo necesario para terminar los cálculos
- la onda de sonido se transfiere de vuelta a un paquete de luz y puede ser enviada
El sistema de memoria acústica óptica funciona a temperatura ambiente y puede interconectarse con otros componentes en chip de una manera directa, lo que significa que puede integrarse fácilmente en circuitos fotónicos. Este proceso elimina los pasos de procesamiento electrónico hasta cierto punto y podría conducir a un cambio de paradigma en la tecnología de procesamiento.
«La transferencia de información de la luz a una forma acústica es un área emocionante que actualmente recibe mucha atención en todo el mundo, y esperamos que este trabajo estimule algunas nuevas capacidades de procesamiento de información en el chip», dijo Steve Madden, Profesor Investigador Principal de CUDOS, cuyo equipo fabricó el chip en el Laser Physics Center de ANU.
