¿Qué pasaría si los pulsos de luz ultrafast podrían operar computadoras a velocidades un millón de veces más rápido que los mejores procesadores de hoy? Un equipo de científicos, incluidos investigadores de la Universidad de Arizona, están trabajando para hacerlo posible.
En un esfuerzo internacional innovador, los investigadores del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias y la Facultad de Ciencias Opticas James C. Wyant demostraron una forma de manipular electrones en grafeno utilizando pulsos de luz que duran menos de un billonésimo de segundo. Al aprovechar un efecto cuántico conocido como túnel, registraron electrones sin pasar por una barrera física casi instantáneamente, una hazaña que redefine los límites potenciales de la potencia de procesamiento de la computadora.
Un estudio publicado en Nature Communications destaca cómo la técnica podría conducir a velocidades de procesamiento en la gama de Petahertz, más de 1,000 veces más rápido que los chips de computadora modernos.
Enviar datos a esas velocidades revolucionaría la informática tal como la conocemos, dijo Mohammed Hassan, profesor asociado de física y ciencias ópticas. Hassan ha realizado durante mucho tiempo la tecnología informática basada en la luz y los esfuerzos previamente liderados para desarrollar el microscopio electrónico más rápido del mundo.
“Hemos experimentado un gran salto adelante en el desarrollo de tecnologías como el software program de inteligencia synthetic, pero la velocidad del desarrollo de {hardware} no se mueve tan rápido”, dijo Hassan. “Pero, al apoyarnos en el descubrimiento de las computadoras cuánticas, podemos desarrollar {hardware} que coincida con la revolución precise en el software program de tecnología de la información. Las computadoras Ultrafast ayudan en gran medida a los descubrimientos en la investigación espacial, la química, la atención médica y más”.
Hassan trabajó junto a U de un colegas Nikolay Golubev, profesor asistente de física; Mohamed Sennary, un estudiante graduado que estudia óptica y física; Jalil Shah, un erudito postdoctoral de física; y Mingrui Yuan, un estudiante graduado de óptica. Se les unió colegas del Laboratorio de Propulsión a Jet del Instituto de Tecnología de California y la Universidad Ludwig Maximilian de Munich en Alemania.
El equipo estaba estudiando originalmente la conductividad eléctrica de muestras modificadas de grafeno, un materials compuesto por una sola capa de átomos de carbono. Cuando un láser brilla sobre grafeno, la energía del láser excita electrones en el materials, haciéndolos moverse y formarse a una corriente.
A veces, esas corrientes eléctricas se cancelan entre sí. Hassan dijo que esto sucede porque la onda de energía del láser se mueve hacia arriba y hacia abajo, generando corrientes iguales y opuestas a cada lado del grafeno. Debido a la estructura atómica simétrica de Grafeno, estas corrientes se reflejan entre sí y se cancelan entre sí, sin dejar corriente detectable.
Pero, ¿qué pasaría si un solo electrón pudiera pasar por el grafeno, y su viaje podría capturarse y rastrear en tiempo actual? Ese “túnel” casi instante fue el resultado inesperado de que el equipo modificara diferentes muestras de grafeno.
“Eso es lo que más me gusta de la ciencia: el verdadero descubrimiento proviene de las cosas que no espera que suceda”, dijo Hassan. “Al entrar en el laboratorio, siempre anticipa lo que sucederá, pero la verdadera belleza de la ciencia son las pequeñas cosas que suceden, lo que lo llevó a investigar más. Una vez que nos dimos cuenta de que habíamos logrado este efecto de túnel, tuvimos que obtener más información”.
Utilizando un fototransistor de grafeno disponible comercialmente que se modificó para introducir una capa especial de silicio, los investigadores utilizaron un láser que apaga y enciende a una velocidad de 638 attosegundos para crear lo que Hassan llamó “el transistor cuántico de Petahertz más rápido del mundo”.
Un transistor es un dispositivo que actúa como un interruptor electrónico o amplificador que controla el flujo de electricidad entre dos puntos y es elementary para el desarrollo de la electrónica moderna.
“Como referencia, un solo atsegundo es una cifrases de segundo”, dijo Hassan. “Eso significa que este logro representa un gran salto adelante en el desarrollo de tecnologías informáticas ultrarrápidas al realizar un transistor de velocidad Petahertz”.
Si bien algunos avances científicos ocurren en condiciones estrictas, incluida la temperatura y la presión, este nuevo transistor se realizó en condiciones ambientales, abriendo el camino hacia la comercialización y el uso en la electrónica cotidiana.
Hassan está trabajando con el lanzamiento de Tech Arizona, la oficina que trabaja con investigadores para comercializar inventos derivados de U de una investigación para patentar y comercializar innovaciones. Si bien la invención authentic utilizó un láser especializado, los investigadores están promoviendo el desarrollo de un transistor suitable con equipos disponibles comercialmente.
“Espero que podamos colaborar con los socios de la industria para realizar este transistor de velocidad Petahertz en un microchip”, dijo Hassan. “La Universidad de Arizona ya es conocida por el microscopio electrónico más rápido del mundo, y también nos gustaría ser conocidos por el primer transistor de velocidad Petahertz”.
