El procesador fotónico fue previsto hace
treinta años, en el libro El desafío informático, (ISBN
84-205-1128-5). Consiste en unidades de cálculo lógico que, en lugar de
utilizar la electricidad, utilizan la luz, con lo que, al sustituir los
electrones por fotones, son más rápidos, compactos, eficientes energéticamente
y, muy importante, no se calientan, evitando la necesidad tanto de líquidos
refrigerantes como de molestos ventiladores. El corazón del sistema son los
elementos ópticos biestables. Son elementos que pueden ser tanto transparentes
a la luz como opacos, en función de que reciban o no una excitación
determinada, con lo cual actúan como los antiguos triodos, las viejas válvulas
con rejilla, o los transistores. El hecho de dejar pasar la luz se interpreta
como un 1 y el no dejarla parar se asocia a un 0, con lo que podemos configurar
diferentes puertas lógicas fotónicas mediante la combinación apropiada de
elementos ópticos biestables.
Si con los procesadores electrónicos
estábamos ya hablando de Gigas (10
a la 9), con los fotónicos se pasaría inmediatamente a
Teras (10 a
la 12), de manera que los procesadores fotónicos, al manejar más y más rápido
información, permiten resolver eficientemente problemas más complejos. Los
cristales fotónicos se podrían llegar a reducir al orden de la longitud de onda
de la luz que procesen, mientras los chips electrónicos están llegando al
límite físico de su posible compactación. Se espera lograr con la
fotónica una densidad de 300 Gbps por milímetro cuadrado, lo que supone
del orden de 50 veces más que los microprocesadores electrónicos.
En septiembre de 2006, la
empresa Intel, junto con la Universidad de California en Santa Bárbara, dieron a
conocer el primer láser de fosfuro de indio gracias al
cual, se podrían llegar a fabricar chips fotónicos. El Hybrid Silicon
Laser (láser de silicio híbrido de silicio y fosfuro de indio), así como
moduladores ópticos de alta velocidad y fotodetectores, anunciados en 2007
abren la tecnología HSL a la transmisión fotónica económica de datos a cortas y
largas distancias. La computación fotónica aprovecha la dualidad partícula-onda
de la luz, de manera que puede ser transmitida como ondas y procesada como partículas.
Ya en abril de 1977, General
Telephone and Electronics había enviado la primera transmisión
telefónica mediante luz confinada a través de fibra óptica y, otro invento
relevante para la transmisión de señales ópticas a larga distancia fue el amplificador
óptico inventado por David N. Payne, de la Univedrsidad de Southampton, y
por Emmanuel Desurvire de los Laboratorios Bell. La fuente de las señales
ópticas pueden ser un láser o una lámpara LED. La combinación de láseres y
fibras ópticas permite sustituir las conexiones eléctricas de cobre por
conexiones fotónicas en los circuitos de las computadoras. Las interferencias
electromagnéticas entre los circuitos de cobre imponen limitaciones,
principalmente de longitud y proximidad entre ellos, que las conexiones
fotónicas no tienen. En la Integrated Photonics Research Conference, en
Monterey, California, Justin Rattner, director de Intel Labs, mostró el Silicon
Photonics Link (Enlace Fotónico de Silicio), lo que permitía construir placas
de circuitos fotónicos integrados para computadores en las que se prescindía de
los cables de cobre. Tambien se cuenta con multiplexores fotónicos, que
integran varias señales en una única señal. El camino al ordenador fotónico
estaba abierto.
Recientemente, el profesor Vladimir
Stojanovic de la Universidad de Colorado ha anunciado el primer microprocesador
fotónico (procesador que utiliza la luz) que se comunica con los circuitos
electrónicos convencionales. Las transmisiones fotónicas tienen lugar en un
solo chip, que también integra la electrónica tradicional. La combinación de
fotones y electrones tiene que superar el gran problema de que los electrones
absorben fotones. Recordemos que un electrón puede absorber un fotón y
convertirse en un electrón de mayor energía y que los fotones son las
partículas de intercambio entre electrones que producen el campo
electro-magnético. La manera de asegurar la limpieza de la señales fotónicas de
electrones libres consiste en intercalar un campo eléctrico que elimine los
electrones a la salida de la fuente de fotones. La conversión de fotones en
electrones es conocida desde el descubrimiento del fenómeno fotoeléctrico y la
generación de fotones por medio de la electricidad está totalmente disponible
mediante láseres y lámparas LED. Esa convertibilidad permite ensamblar
elementos fotónicos con electrónicos ya existentes y disponibles
comercialmente. No pasará mucho tiempo antes de que tengamos ordenadores
fotónicos comerciales. La disponibilidad de procesadores y transmisores fotónicos
será un importane auxiliar en la creación de procesadores cuánticos que
utilicen técnicas de entrelazamiento fotónico.
Circuito fotónico-electrónico
Crédito: Glenn J. Asakawa, Universidad de Colorado
La aparición de los procesadores fotónicos
hace que, a fecha de hoy, todas las previsiones anunciadas en El desafío
informático en 1975 se han hecho realidad.
