Investigadores de la Universidad Heriot-Watt, en Escocia, han realizado un descubrimiento que podría marcar el inicio de una nueva era en la tecnología fotónica. Este avance, publicado en la revista Nature Photonics, se centra en la manipulación de las propiedades ópticas de la luz al añadir una nueva dimensión: el tiempo. Esta idea, que había sido teorizada durante décadas, ha sido finalmente materializada por un equipo de expertos en nanofotónica de la escuela de Ingeniería y Ciencias Físicas de la citada universidad.
El estudio se basa en experimentos realizados con óxidos conductores transparentes (TCOs), un tipo de vidrio que tiene la capacidad de alterar el comportamiento de la luz de forma extremadamente rápida. Estos materiales, que se utilizan ampliamente en paneles solares y pantallas táctiles, pueden ser moldeados en películas ultradelgadas de solo 250 nanómetros, es decir, más pequeñas que la longitud de onda de la luz visible.
El equipo, liderado por el Dr. Marcello Ferrera, profesor asociado de Nanofotónica, ha logrado «esculpir» la reacción de los TCOs mediante pulsos de luz ultrarrápidos. El resultado ha sido una capa temporalmente diseñada que puede controlar simultáneamente la dirección y la energía de los fotones, algo que hasta ahora no había sido posible.
Avances en el procesamiento de datos
Este descubrimiento está íntimamente ligado a la posibilidad de procesar datos a una velocidad y volumen mucho mayores que los actuales. Se prevé que tendrá un impacto transformador en áreas clave como la computación óptica, la inteligencia artificial y las tecnologías cuánticas integradas. «Es difícil imaginar las mejoras que experimentaremos en nuestra vida diaria como resultado de este avance», explica el Dr. Ferrera.
El investigador destaca que al utilizar un material no lineal para explotar completamente el ancho de banda óptico, empresas y organizaciones podrán procesar una cantidad de información significativamente mayor. Esto podría beneficiar enormemente a centros de datos y al desarrollo de la tecnología de inteligencia artificial, entre otros campos, y podría sentar las bases para nuevas tecnologías que aún no comprendemos completamente.
El Dr. Ferrera también menciona que la sociedad tiene una creciente necesidad de ancho de banda. Por ejemplo, para convertir una reunión virtual en una experiencia completamente inmersiva en 3D, se requeriría una enorme potencia computacional y velocidad de procesamiento, que solo componentes ópticos ultrarrápidos podrían proporcionar. Las propiedades de los materiales que están investigando podrían incrementar la velocidad computacional en varios órdenes de magnitud, permitiendo manejar volúmenes de información mucho mayores con un consumo energético significativamente menor.
El equipo de investigación, que incluye al Dr. Wallace Jaffray, asociado postdoctoral, y a Sven Stengel, candidato a doctorado, ha estado trabajando en la frontera de la investigación en nanofotónica. El núcleo de su avance radica en la capacidad de manipular los TCOs para controlar la velocidad a la que viajan los fotones, lo que añade efectivamente una «cuarta dimensión» y permite transformaciones extraordinarias de la luz, incluyendo la amplificación, la creación de estados cuánticos y nuevas formas de control de la luz.
El Dr. Ferrera concluye que la búsqueda de un material que pueda cambiar drásticamente bajo iluminación de baja energía de manera ultrarrápida ha sido considerada el «Santo Grial» de las tecnologías ópticas desde la invención del láser. Esta nueva clase de medios temporales variables representa el mayor avance en varias décadas hacia un material ópticamente controlable perfecto, lo que permitirá una amplia variedad de efectos novedosos y emocionantes que científicos de todo el mundo están ansiosos por explorar.
Vladimir M. Shalaev, profesor distinguido de Ingeniería Eléctrica y Computación en la Universidad de Purdue, que colaboró en la investigación, afirma que «estos conductores transparentes de bajo índice han traído una verdadera revolución en el campo de la óptica no lineal integrada, permitiendo la manipulación efectiva y energéticamente eficiente de señales ópticas en escalas de tiempo sin precedentes.» Por su parte, Alexandra Boltasseva, también profesora distinguida en la misma universidad, añade que «nuestros esfuerzos de investigación comunes demuestran que con estos materiales finalmente podemos utilizar la variable del tiempo para diseñar las propiedades ópticas de compuestos más allá de lo que es posible con los procesos de fabricación estándar.»
