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Transistor óptico de 10 GHz construido con silicona
Los electrones son bastante buenos para procesar información, pero no tan buenos para transportarla a largas distancias. Los fotones, por otro lado, hacen un gran trabajo transportando datos por todo el planeta, pero no son tan útiles cuando se trata de procesarlos.
Como resultado, los transistores son electrónicos y los cables de comunicación son ópticos. Y el mundo tiene la carga de una cantidad significativa de infraestructura hambrienta de energía para convertir la información electrónica en la variedad óptica y viceversa.
Por tanto, no es de extrañar que exista un gran interés en desarrollar un transistor óptico que pueda hacer obsoleta la variedad electrónica.
Sin embargo, existe un problema importante. Si bien varios grupos han construido interruptores ópticos, los transistores ópticos también deben tener otras propiedades para que puedan conectarse de manera que puedan procesar información.
Por ejemplo, su salida debe ser capaz de actuar como entrada para otro transistor; no es fácil si la salida tiene una frecuencia diferente a la de la entrada, por ejemplo. Es más, la salida debe ser capaz de impulsar la entrada de al menos otros dos transistores para que las señales lógicas se puedan propagar, una propiedad conocida como fanout. Esto requiere una ganancia significativa. Además de esto, cada transistor debe preservar la calidad de la señal lógica para que los errores no se propaguen. Y así.
El problema es que nadie ha logrado fabricar transistores ópticos que puedan hacer todo y que también puedan estar hechos de silicio.
Hoy, Leo Varghese de la Universidad Purdue en Indiana y algunos amigos dicen que han construido un dispositivo que da un paso significativo en esta dirección.
Su transistor óptico consiste en un resonador microring junto a una línea óptica. En circunstancias normales, el suministro de luz entra en la línea óptica, pasa a lo largo de ella y luego sale. Pero a una frecuencia resonante específica, la luz interactúa con el resonador microring, reduciendo enormemente la salida. En este estado, la salida está esencialmente apagada aunque el suministro esté encendido.
El truco que estos tipos han perfeccionado es usar otra línea óptica, llamada puerta, para calentar el micro-espejado, cambiando así su tamaño, su frecuencia de resonancia y su capacidad para interactuar con la salida.
Eso permite que la puerta encienda y apague la salida.
Hay un giro inteligente adicional. La interacción del microring con la puerta es más fuerte que con la línea de suministro-salida. Eso es significativo porque significa que una pequeña señal de puerta puede controlar una señal de salida mucho más grande.
Varghese y compañía dicen que la relación entre la señal de la puerta y el suministro es de casi 6 dB. Eso es suficiente para alimentar al menos otros dos transistores, que es exactamente la propiedad en abanico que requieren los transistores ópticos.
Estos chicos incluso han construido un dispositivo de silicio con un ancho de banda capaz de velocidades de datos de hasta 10 GHz.
Ese es un resultado impresionante, particularmente la compatibilidad con silicio.
Sin embargo, hay obstáculos importantes por delante antes de que una computadora totalmente óptica fabricada con estos dispositivos pueda competir con sus primos electrónicos.
El mayor problema es el consumo de energía. Gran parte del consumo de energía en los transistores electrónicos proviene de la necesidad de cargar las líneas que los conectan a la tensión de funcionamiento.
En teoría, los transistores ópticos podrían ser incluso más eficientes: sus líneas no necesitan cargarse en absoluto. Pero en la práctica, los láseres queman energía como si fueran billetes de veinte dólares. Por esa razón, no está del todo claro que los transistores ópticos puedan igualar la eficiencia de los chips electrónicos.
Y dado que la industria de la informática es ahora responsable de casi el 2% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono, casi tanto como la aviación, el consumo de energía puede convertirse en el factor primordial para la dirección futura del procesamiento de la información.
Ref: arxiv.org/abs/1204.5515 : Un transistor óptico de silicio