Las ondas dispersas de un objeto a nanoescala codifican la solución de un complejo problema matemático cuando son interrogadas por señales de entrada adaptadas. Crédito: Heedong Goh

Los ordenadores son una parte indispensable de nuestra vida cotidiana, y cada vez es más urgente la necesidad de que funcionen más rápido, resuelvan problemas complejos con mayor eficacia y dejen una menor huella medioambiental al minimizar la energía necesaria para el cálculo. Los últimos avances en fotónica han demostrado que es posible lograr una computación más eficiente mediante dispositivos ópticos que utilizan las interacciones entre los metamateriales y las ondas de luz para aplicar operaciones matemáticas de interés sobre las señales de entrada, e incluso resolver problemas matemáticos complejos. Pero hasta la fecha, este tipo de ordenadores han requerido un gran espacio y una fabricación precisa y de gran superficie de los componentes, que, debido a su tamaño, son difíciles de escalar a redes más complejas.

Un artículo publicado recientemente en Physical Review Letters por investigadores del Centro de Investigación Científica Avanzada del Centro de Postgrado de la CUNY (CUNY ASRC) detalla un descubrimiento innovador en materia de nanomateriales e interacciones de ondas de luz que allana el camino para el desarrollo de pequeños ordenadores ópticos de bajo consumo capaces de realizar cálculos avanzados.

"La creciente demanda de energía de los grandes centros de datos y la ineficacia de las arquitecturas informáticas actuales se han convertido en un verdadero reto para nuestra sociedad", afirma el doctor Andrea Alù, autor del artículo, director fundador de la Iniciativa Fotónica del CUNY ASRC y profesor Einstein de Física en el Centro de Postgrado. "Nuestro trabajo demuestra que es posible diseñar un objeto a nanoescala que pueda interactuar eficazmente con la luz para resolver complejos problemas matemáticos con una velocidad sin precedentes y una demanda de energía casi nula".

En su estudio, los investigadores del CUNY ASRC diseñaron un objeto a nanoescala hecho de silicio de modo que, cuando se le interroga con ondas de luz que llevan una señal de entrada arbitraria, es capaz de codificar la solución correspondiente de un problema matemático complejo en la luz dispersa. La solución se calcula a la velocidad de la luz y con un consumo mínimo de energía".

"Este hallazgo es prometedor porque ofrece una vía práctica para crear una nueva generación de ordenadores ópticos a nanoescala muy eficientes energéticamente, ultrarrápidos y ultracompactos, así como otras tecnologías nanofotónicas que pueden utilizarse para cálculos clásicos y cuánticos", afirma el doctor Heedong Goh, autor principal del artículo e investigador postdoctoral asociado al laboratorio de Alù. "El tamaño tan pequeño de estos ordenadores ópticos a nanoescala es especialmente atractivo para la escalabilidad, porque se pueden combinar y conectar múltiples nanoestructuras mediante la dispersión de la luz para realizar complejas redes de computación a nanoescala."


Más información: Heedong Goh et al, Nonlocal Scatterer for Compact Wave-Based Analog Computing, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.073201
Crédito: CUNY Advanced Science Research Center