Los científicos de la Universidad de Monash han desarrollado un pequeño circuito nuevo que puede generar, dirigir y leer información transportada por la luz en un chip.
El avance marca un hito importante para un creciente campo de investigación conocido como “valleytronics” que podría ayudar a impulsar avances futuros en computación más rápida, menor consumo de energía y tecnología cuántica.
Desarrollado por investigadores de la Escuela de Física y Astronomía de Monash, el nuevo dispositivo combina nanotecnología avanzada con materiales sofisticados para resolver un desafío que ha limitado el campo durante años.
Por primera vez, el equipo ha desarrollado un chip totalmente integrado capaz de generar señales luminosas especiales, dirigirlas por caminos específicos y convertirlas en señales eléctricas dentro del mismo sistema compacto.
Estas señales almacenan información utilizando una propiedad cuántica llamada “grados de libertad del valle”. Los científicos creen que esta característica única podría proporcionar formas completamente nuevas de codificar, transmitir y procesar datos.
El chip Valitronics integrado resuelve un desafío de larga data
El autor principal, el Dr. Chi Lee, cuyo equipo publicó los resultados. Fotónica de la naturalezadijo que el logro aborda un obstáculo importante en la investigación de valetrónica.
“Hasta ahora, podemos generar o detectar estas señales, pero no todas en un solo dispositivo integrado”, dijo el Dr. Lee.
“Lo que hemos construido es un sistema completo en chip que puede generar, enrutar y leer esta información con muy alta precisión”.
El dispositivo se basa en materiales ultrafinos que tienen sólo unos pocos átomos de espesor. Estos materiales se combinan con nanoestructuras especialmente diseñadas para controlar con precisión la luz a una escala extremadamente pequeña.
El Dr. Kaijian Xing, coprimer autor del estudio e investigador de la Universidad de Monash, explicó que el equipo había desarrollado una forma práctica de combinar estos elementos.
“Utilizamos un método de apilamiento sencillo para integrar materiales ultrafinos con metasuperficies, superando los desafíos técnicos del crecimiento directo de material en estructuras fotónicas y permitiendo mayores avances en valetrónica”, dijo el Dr. Jing.
Tecnología fotónica a temperatura ambiente
Una de las principales ventajas de la tecnología es que funciona a temperatura ambiente. Muchos sistemas cuánticos requieren entornos extremadamente fríos, lo que hace que su uso en aplicaciones del mundo real sea más difícil y costoso.
El autor principal, el Dr. Hauran Ren, ARC Future Fellow y líder del Monash Nanometa Group, dijo que el trabajo podría allanar el camino para una nueva generación de dispositivos fotónicos compactos que sean programables y altamente eficientes.
Según el Dr. Ren, la tecnología podría soportar sistemas informáticos más rápidos, reducir el consumo de energía y permitir nuevos métodos para una comunicación segura y un procesamiento de datos mejorado.
“Este es un paso significativo hacia una tecnología escalable basada en chips que utiliza luz en lugar de electricidad para procesar información”, dijo el Dr. Ren.
“Los dispositivos fotónicos utilizan la luz para lograr un gran ancho de banda, velocidades de transmisión de datos ultrarrápidas y un bajo consumo de energía, por lo que lo que hemos logrado tiene un gran potencial para aplicaciones en computación cuántica, imágenes avanzadas y sistemas de comunicación óptica de próxima generación”.
Procesamiento de múltiples flujos de información.
Para demostrar las capacidades del chip, los investigadores codificaron y procesaron con éxito dos imágenes separadas al mismo tiempo. Las pruebas han demostrado que el dispositivo puede manejar múltiples flujos de información simultáneamente, una característica importante para futuras tecnologías informáticas.
El profesor Stefan A. Maier, director de la Facultad de Física y Astronomía y del Laboratorio de Nanofotónica de la Universidad de Monash, dijo que el desarrollo ayuda a cerrar la brecha entre los descubrimientos científicos básicos y las tecnologías prácticas.
“Este es un paso importante hacia un sistema Valitronic totalmente integrado”, afirmó el profesor Mayer. “Al combinar materiales ligeros y cuánticos en un solo chip, podemos acceder a nuevas formas de codificar y procesar información”.
El proyecto internacional reúne a investigadores de Australia, China, Singapur, Alemania y Japón, combinando experiencia en nanofotónica, materiales bidimensionales y optoelectrónica.
Equipo de la Universidad Dr. Monash. Se incluyeron Chi Li, el Dr. Kaijian Jing, el Prof. Michael S. Fuhrer, el Profesor Stefan A. Mayer y el Dr. Haoran Ren. Contribuciones adicionales provinieron de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur, la LMU de Múnich y la Universidad Tecnológica de Sídney.
