El descubrimiento del láser podría hacer que las computadoras sean 100.000 veces más rápidas

El resultado es un paso hacia la electrónica de ondas de luz que eventualmente podría conducir a un gran avance en la computación cuántica.

En un paso hacia la computación cuántica, los investigadores guiaron los electrones a través de semiconductores utilizando pulsos de luz increíblemente cortos. Leer más: cálculo cuántico y supremacía cuántica, explicado

Estos pulsos de luz extremadamente cortos y configurables podrían hacer que las computadoras funcionen 100.000 veces más rápido que en la actualidad.

Los investigadores, incluidos los ingenieros de la Universidad de Michigan, ahora pueden controlar los picos en los pulsos de láser en solo unos pocos femtosegundos (un cuarto de segundo).

El resultado es un paso hacia la «electrónica de ondas de luz» que eventualmente podría conducir a un gran avance en la computación cuántica, dice el coautor Mackillo Kira de la Universidad de Michigan.

Los electrones que se mueven a través de un semiconductor en una computadora permanecen ocasionalmente en otros electrones, liberando energía en forma de calor.

Sin embargo, la electrónica de ondas de luz significa que los electrones podrían ser guiados por pulsos de láser ultrarrápidos, por lo que es menos probable que choquen con otros electrones.

«En los últimos años, nosotros y otros grupos hemos descubierto que el campo eléctrico oscilante de los pulsos láser ultracortos puede mover electrones hacia adelante y hacia atrás en los sólidos», dijo Rupert Huber de la Universidad de Regensburg, quien dirigió el experimento.

«Todos quedaron encantados de inmediato, porque alguien podría explotar este principio para construir computadoras futuras que funcionen a velocidades de reloj sin precedentes, de 10 a cien mil veces más rápido que la electrónica de última generación».

«En el mundo cuántico, suceden cosas extrañas» Mackillo Kira, Universidad de Michigan

El nuevo trabajo provocó que grupos de electrones se movieran dentro de un cristal semiconductor utilizando radiación de terahercios, parte del espectro electromagnético entre microondas y luz infrarroja.

Los investigadores enviaron pulsos de láser a un semiconductor. Los pulsos fueron muy cortos, menos de 100 femtosegundos o 100 cuartos de segundo.

Cada vez que se emitía un pulso, los electrones se movían a un nivel de energía más alto y podían moverse libremente. Al cambiar la orientación del láser hacia el cristal, los investigadores pudieron controlar la dirección del movimiento de los electrones.

«Diferentes paisajes energéticos pueden verse como una calle plana y recta para los electrones en una dirección cristalina, pero para otros, puede parecer más un plano lateral», dijo Fabian Langer, coautor en papel, también de Regensburg.

«Esto significa que los electrones ya no pueden moverse en la dirección del campo láser, pero pueden realizar su propio movimiento dictado por el entorno microscópico».

Cuando los electrones descendían del nivel de energía más alto, emitían luz con pulsos mucho más cortos que la radiación entrante. Estos estallidos de luz estaban a solo unos pocos femtosegundos de distancia y revelaron dónde se habían movido los electrones.

«Hay oscilaciones rápidas, como dedos en un impulso. Podemos mover fácilmente la posición de los dedos girando el cristal», dijo Kira.

El femtosegundo se puede usar potencialmente para cálculos cuánticos utilizando electrones en estados excitados como qubits, bits de mecánica cuántica.

En la computación clásica, un bit es una sola pieza de información que puede existir en dos estados: 1 o 0. La computación cuántica utiliza bits cuánticos o «qubits». A diferencia de un bit normal, pueden almacenar mucha más información que solo 1 o 0, porque pueden existir en cualquier superposición de estos valores.

«Por ejemplo, aquí logramos lanzar un electrón simultáneamente a través de dos caminos de excitación, lo que no es clásicamente posible. Este es el mundo cuántico. En el mundo cuántico, suceden cosas extrañas», dijo Kira.

“Este efecto cuántico genuino podría verse en los pulsos de femtosegundos como nuevas frecuencias controlables y direcciones de oscilación.

«Esto es, por supuesto, física fundamental. Con las mismas ideas, podría optimizar las reacciones químicas. Podría obtener nuevas formas de almacenar información o transmitir información de forma segura a través de la criptografía cuántica».

La investigación se publica en la revista Nature Photonics.

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