Todo el mundo habla de la computación cuántica, ¿y la computación óptica?

Los ordenadores o computadoras siempre se han basado en la electricidad para su funcionamiento. Si bien los primeros contaban con más componentes mecánicos que electrónicos, y si nos ponemos estrictos, las primeras máquinas analíticas eran artilugios mecánicos, pronto la electricidad entró a formar parte de la historia de la computación.

La electricidad alimenta los ordenadores. Hace que funcionen y transmite la información y los datos entre componentes a través de circuitos, cables y demás elementos conductores. Pero una rama de la computación busca una alternativa: sustituir la electricidad por la luz. La computación óptica promete un futuro con máquinas que apenas consumen electricidad y que ofrecen una capacidad de procesamiento mayor.

Pero mientras muchos hablan de la computación cuántica, pocos se hacen eco de la computación óptica. Principalmente porque está en una fase embrionaria. Más promesas que hechos, por el momento. Sin embargo, toda nueva tecnología empezó así. ¿A qué aspira la computación óptica?

Electrones contra fotones

La computación tradicional, la que utilizamos a diario, se basa en el uso de electrones para transmitir los datos, órdenes o información entre los componentes del ordenador. En cambio, la computación óptica apuesta por usar la luz, es decir, por los fotones como transmisores de información. Para hacernos una idea, la electricidad recorre un cable de cobre a velocidades de un milímetro por segundo. La luz, en cambio, viaja a casi 300.000 kilómetros por segundo.

Claro está, la cifra exacta depende del medio que emplee la luz para viajar, pero las diferencias son mínimas comparadas con la electricidad. Y es ahí donde radican las promesas de las computadoras ópticas. Esa mayor velocidad se traduce en procesar más datos en menos tiempo.

Para hacer posible un computador óptica, entran elementos y materiales como los cables de fibra óptica, las memorias holográficas, etc. Si el computador es puramente lógico o un híbrido entre electrónico y óptico, se pueden combinando periféricos electrónicos con elementos ópticos. En este caso, el código binario debe traducirse a pulsos de luz a través de láseres. En cambio, en una computadora óptica, la información se envía en todo momento mediante haces de luz, en paquetes y ondas.

La computación óptica y la ley de Moore

La computación óptica, al igual que la computación cuántica, se ofrecen como alternativa a la tecnología actual, regida por los transistores. Los microprocesadores actuales, tanto los de tipo CPU como los GPU gráficos, emplean transistores, que son los encargados de procesar la electricidad que les llega y que transmite el código binario.

Los transistores surgieron en los laboratorios Bell a finales de 1947. Desde entonces han ido reduciendo su tamaño hasta alcanzar los nanómetros. El objetivo, colocar en un procesador el máximo de transistores ocupando el menor espacio posible. La miniaturización para obtener más capacidad de procesamiento en un elemento cada vez más pequeño. De este proceso de reducción del tamaño de los transistores surge la conocida como Ley de Moore. Formulada en 1965 por Gordon Moore, cofundador de Intel, afirmaba que el número de transistores de un microprocesador se duplicaría cada dos años: más potencia con la misma electricidad.

Pero la ley de Moore ya se considera algo del pasado. Por un lado, porque se han logrado niveles de miniaturización que superan la propia ley. Y por otra parte, porque físicamente llegará un momento en el que no se podrá reducir más el tamaño de los procesadores. ¿La alternativa?

De la comunicación a la computación

La tecnología óptica ya existe entre nosotros. El principal ejemplo, los kilómetros y kilómetros de cables de fibra óptica que hay esparcidos por todo el mundo. Las comunicaciones actuales se basan en gran parte en esta tecnología, con permiso de los satélites. También el almacenamiento de datos le debe mucho a la óptica, en forma de discos ópticos (del CD al Blu-Ray, pasando por el DVD y otras variantes menos populares). Así pues, el procesamiento de la información es la siguiente barrera a batir.

Sin embargo, existen ciertas limitaciones para hacer esto posible. Por ahora, los materiales empleados para conducir la luz se deforman con mayor frecuencia. Además, la energía necesaria para conducir la luz mediante láseres de alta potencia, hacen que el resultado sea una computadora poco económica desde el punto de vista monetario.

El año pasado, el Wyss Institute de la Universidad de Harvard anunció el desarrollo de un nuevo material que emplea hidrogel y láseres de baja potencia para cambiar el índice de refracción de materiales no lineales, los empleados para conducir la luz en este tipo de computadoras. En la práctica, esto significa que se pueden diseñar materiales que respondan a la luz cambiando sus propiedades ópticas, químicas y físicas. Y así facilitar la conducción de los fotones. En la investigación también participaron la Universidad McMaster y la Universidad de Pittsburgh, así como la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Por su parte, una investigación anglo-rusa entre la Universidad de Cambridge y el Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología anunciada este año, promete hacer avanzar la computación óptica optimizando la transmisión de luz. La idea es multiplicar la cantidad de ondas de luz enviadas. Es decir, en vez de convertir la señal binaria clásica en ondas de luz, se trata de ir más allá: combinar la luz multiplicando las funciones de onda en vez de sumarlas.

El futuro de la computación óptica está todavía pendiente de ser escrito. Pero aunque no recibe tanta atención como la computación cuántica, poco a poco va abriéndose camino y ofreciendo mejoras y resultados cada vez más reales.

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