¿Qué pasaría si pudiéramos enseñar a los fotones a comportarse como electrones?
La próxima era de la informática dependerá de controlar la luz de la forma en que ahora controlamos la electricidad, y los científicos de Stanford han desarrollado un truco que podría hacer exactamente eso.
Para desarrollar tecnologías futuristas como las computadoras cuánticas, los científicos necesitarán encontrar formas de controlar los fotones, las partículas básicas de luz, con la misma precisión que ya pueden controlar los electrones, las partículas básicas en la informática electrónica.
Desafortunadamente, los fotones son mucho más difíciles de manipular que los electrones, que responden a fuerzas tan simples como el tipo de magnetismo que incluso los niños entienden.
Avik Dutt
Pero ahora, por primera vez, un equipo dirigido por Stanford ha creado una fuerza pseudo-magnética que puede controlar con precisión los fotones. A corto plazo, este mecanismo de control podría usarse para enviar más datos de Internet a través de cables de fibra óptica. En el futuro, este descubrimiento podría conducir a la creación de chips basados en luz que ofrecerían una potencia de cálculo mucho mayor que los chips electrónicos. “Lo que hemos hecho es tan novedoso que las posibilidades apenas comienzan a materializarse”, dijo el académico postdoctoral Avik Dutt, primer autor de un artículo que describe el descubrimiento en Science.
Esencialmente, los investigadores engañaron a los fotones, que son intrínsecamente no magnéticos, para que se comporten como electrones cargados. Lo lograron enviando los fotones a través de laberintos cuidadosamente diseñados de una manera que hizo que las partículas de luz se comportaran como si estuvieran actuando sobre lo que los científicos llamaron un campo magnético “sintético” o “artificial”.
“Diseñamos estructuras que crearon fuerzas magnéticas capaces de empujar fotones de manera predecible y útil”, dijo Shanhui Fan , profesor de ingeniería eléctrica y científico principal detrás del esfuerzo de investigación.
Shanhui Fan ,
Aunque todavía en la etapa experimental, estas estructuras representan un avance en el modo de computación existente. El almacenamiento de información se trata de controlar los estados variables de las partículas, y hoy en día, los científicos lo hacen activando y desactivando electrones en un chip para crear ceros y unos digitales. Un chip que utiliza el magnetismo para controlar la interacción entre el color del fotón (o el nivel de energía) y el giro (ya sea que viaje en sentido horario o antihorario) crea estados más variables de lo que es posible con electrones simples de encendido y apagado. Esas posibilidades permitirán a los científicos procesar, almacenar y transmitir muchos más datos en dispositivos basados en fotones de lo que es posible hoy en día con chips electrónicos.
Para llevar los fotones a las proximidades requeridas para crear estos efectos magnéticos, los investigadores de Stanford utilizaron láseres, cables de fibra óptica y otros equipos científicos listos para usar. La construcción de estas estructuras de mesa permitió a los científicos deducir los principios de diseño detrás de los efectos que descubrieron. Eventualmente tendrán que crear estructuras a nanoescala que incorporen estos mismos principios para construir el chip. Mientras tanto, dice Fan, “hemos encontrado un nuevo mecanismo relativamente simple para controlar la luz, y eso es emocionante”.