¿Te imaginas que la luz pudiera viajar a una velocidad muy inferior a la que conocemos? Un equipo de científicos chinos ha descubierto cómo lograrlo en un microchip, reduciendo la velocidad de la luz que pasa por él en más de 10,000 veces.
Un grupo de investigadores del Shenzhen Institute of Advanced Technology, que forma parte de la Chinese Academy of Sciences, ha realizado un estudio sobre la velocidad de la luz en un microchip fotónico. Los chips fotónicos son la clave para mejorar las capacidades de detección de la luz, las comunicaciones ópticas y la computación cuántica.
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¿Qué son los chips fotónicos y por qué son el futuro de la computación?
Los chips fotónicos son dispositivos que emplean la luz (fotones) en lugar de la electricidad (electrones) para realizar operaciones lógicas y aritméticas. Estos chips tienen una precisión comparable a la de los chips electrónicos convencionales, pero con una gran diferencia: consumen mucha menos energía y son mucho más rápidos.
Esto los hace ideales para aplicaciones que requieren un alto rendimiento y una baja latencia, como la inteligencia artificial, el procesamiento de imágenes y el análisis de datos.
La luz se vuelve más potente al disminuir su velocidad y eso favorece a los chips fotónicos, según un estudio
La luz viaja a una velocidad fija e insuperable en el vacío, pero cuando pasa por otros materiales, como el aire, el agua o el vidrio, se reduce su velocidad. Esto hace que la luz se pueda controlar mejor, cambiando su dirección, intensidad o color. Esta propiedad es esencial para los chips fotónicos, que usan la luz para procesar información, ya que les permite crear circuitos ópticos más complejos y eficientes.
El Dr. Li Guangyuan, líder de un estudio sobre ingeniería óptica en Shenzhen, explico:
“Al reducir la velocidad de la luz, se incrementa la energía que contiene la luz”. “Eso implica que, si el dispositivo tiene el mismo tamaño, la luz recorre una distancia mayor al interactuar, lo que básicamente aumenta la capacidad de un chip fotónico”.
Cómo la tecnología china abarata y amplía el uso de los chips fotónicos
Li Guangyuan y su equipo crearon un chip fotónico que consigue disminuir la velocidad de la luz en más de 10,000 veces. Afirmaron que esto se logró con una eficiencia muy alta, ya que solo se perdió alrededor del 20% de la energía, mucho menos que en otros experimentos.
El método que usaron para manipular la velocidad de la luz se basa en 'metasuperficies', que son materiales artificiales compuestos por nanoestructuras. Estas nanoestructuras hacen que la luz vibre, cambiando su intensidad y su fase.
La luz que pasa por estos átomos artificiales puede perderse por la absorción del material o por la dispersión de la luz. Esto hace que los fotones duren menos y que la velocidad de la luz no se pueda reducir tanto.
Para solucionar esto, el equipo de Li mejoró los materiales y la estructura del chip fotónico.
“Por ejemplo, los metales absorben mucho la luz infrarroja, por lo que usamos silicio que no la absorbe. Pero el silicio sí absorbe la luz visible, por lo que en esos casos, usamos materiales transparentes como el nitruro de silicio o el dióxido de titanio”.
Refracción de la luz a través de un prisma
Para el diseño, los investigadores perfeccionaron un concepto llamado resonancia de plasmón de superficie, que consiste en un patrón periódico en la superficie para evitar que la energía se escape. Li afirmó que la tecnología también podía disminuir los gastos de producción de los chips fotónicos y multiplicar sus posibilidades.
“Con la tecnología de metasuperficie, los chips fotónicos pueden ser tan finos como adhesivos o piezas de Lego, lo que facilita una superposición funcional”.
Li Guangyuan.
Los investigadores han aprovechado la tecnología de Li para aplicar chips fotónicos a dispositivos como sensores, láseres y LED en los últimos años.
“Estos dispositivos fotónicos tienen un rendimiento limitado por la corta distancia que recorre la luz en estos chips fotónicos muy finos”. “Al aprovechar el efecto de luz lenta, el rendimiento se puede aumentar mucho”.
Explicó Li Guangyuan en el estudio.
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