En nuestra vida cotidiana estamos interesados en eventos que ocurren en la escala del tiempo hasta el orden de segundos, por ejemplo cuando llamamos por celular, cuando nos medimos la presión arterial, etc.. Es por ello que nuestros relojes de uso común tienen como unidad mínima de medida el segundo.
Con el desarrollo de las computadoras y su introducción gradual en casi todas nuestras actividades de manera irremediable, frecuentemente los segundos que tenemos que esperar ante el monitor para que nuestra computadora se inicialice o abra una aplicación, consumen una parte razonable de nuestro tiempo (en espera). Como consecuencia, siempre que es posible buscamos mejorar nuestro sistema de cómputo o sustituirlo por uno más moderno y de más rápida respuesta, o asistimos al cyber café que tenga la mejores máquinas.
Dependiendo de nuestro grado de conocimiento de lo que es una computadora, podemos pedir simplemente que sea suficientemente buena (rápida) para desarrollar las tareas a la que nos dedicamos, acorde a nuestra actividad, o podemos especificar el tamaño de disco duro, monitor, memoria RAM, etc.
Entre la lista de características específicas hay una que determina en mucho la “rapidez” de nuestra computadora: la frecuencia del procesador. Actualmente nos es familiar encontrar entre las opciones de procesadores 1.8, 2, etc., hasta 3.4 Gigahertz (Ghz). Este número es tan importante que el precio de la computadora va relacionado a él. A mayor frecuencia, el procesador será mas rápido, el precio se incrementa y a cambio reducimos el tiempo de espera para ejecutar procesos. Dado que la frecuencia representa el numero de ciclos por segundo, su reciproco representa el tiempo que tarda un solo ciclo. Por ejemplo en el caso del procesador de 3.33 Ghz un ciclo toma aproximadamente tres diez millonésimas de segundo (3/10 000 000 seg). En este tiempo el procesador se enciende y realiza una serie de cálculos utilizando los millones de transistores que lo constituyen, almacena la información procesada y luego se apaga para disipar el calor generado por las corrientes electrónicas en los materiales que componen los circuitos y después viene otro ciclo de proceso. ¡Entonces el interés por realizar nuestras tareas más eficientemente, lleva implícita la preocupación de hacer cálculos en esta nueva escala de tiempo!
A pesar de la extraordinaria rapidez de los procesadores actuales para realizar cálculos, las tareas encomendadas a los procesadores a través de los programas de software son cada vez más complejas, de manera que la demanda por procesadores más rápidos y de arquitectura más compleja va en aumento continuamente. El problema en la actualidad es que la tecnología de los materiales del estado sólido utilizada para fabricar los circuitos integrados, esta llegando al límite físico en que ya no es posible aumentar la densidad de componentes (transistores, diodos y capacitores) miniaturizando los circuitos, ni continuar incrementando la rapidez del procesador.
Evolución de los procesadores durante los últimos años y su correlación entre frecuencia (diamantes) y numero de transistores (cuadrados). La escala para este número va mutiplicada por 1000. (Fuentes: Intel y Wikipedia).
Por esta razón, desde hace un par de años los fabricantes de procesadores están optando por modificar la arquitectura de diseño de los mismos para trabajar con grupos de ellos llamados clusters. Es por ello que recientemente empezaron a aparecer disponibles comercialmente los procesadores múltiples con los adjetivos duo (dos) o quad (cuatro).
En base a lo anterior, los científicos ahora están buscando desarrollar tecnologías alternativas. Una tecnología que presenta buenas expectativas y a la cual los países del primer mundo le están dedicando gran cantidad de recursos, es la de los cristales fotónicos.
Un cristal fotónico, se constituye de un arreglo periódico de diferentes materiales en una, dos o tres dimensiones. Si nos referimos a una dimensión en realidad estamos hablando de sistemas de capas delgadas, en dos dimensiones tenemos barras de cierta sección transversal y en el caso tridimensional tenemos cubos. En general los bloques o celdas de que se constituye un cristal fotónico pueden tener formas variadas.
Lo interesante de estos sistemas es que si el tamaño de las celdas es del orden de la longitud de onda de la luz, entonces se pueden diseñar de tal manera que un haz de luz láser por ejemplo al iluminar al cristal sea completamente reflejado.
Un sistema que refleje la luz es casi trivial de fabricar (¡Todos tenemos espejos de bromuro de plata en casa!), entonces ¿Para qué tanta complicación?
Los espejos metálicos aunque no lo notamos, absorben parte de la luz que incide sobre su superficie y la convierten en calor. Los cristales fotónicos se pueden diseñar de tal manera que las perdidas sean despreciablemente pequeñas.
Otra propiedad interesante de los cristales fotónicos, es que podemos abrir canales que en términos ópticos se llaman guías de onda, a través de los cuales la luz puede viajar.
Guía de onda en un cristal bidimensional. Hemos hecho incidir un haz de láser que al no poder propagarse al interior del cristal sigue precisamente el camino de la guía de onda sin sufrir pérdida de energía.
Las dimensiones del cristal mostrado en la última figura son del orden de una milésima de milímetro o más precisamente tiene un área de una micra cuadrada, entonces podemos tener algo así como un millón de estas guías de onda en un centímetro cuadrado. Se ha demostrado teórica y experimentalmente (en desarrollo) que es posible construir sistemas como estos que incluyan elementos ópticos análogos a los elementos de la electrónica (transistores, capacitares, etc.) para lograr conmutar, amplificar, dividir, mezclar, etc., etc., diminutos haces de luz con la finalidad de fabricar circuitos fotónicos que sean capaces de mejorar el desempeño de nuestros procesadores actuales y hacerlos hasta ¡1000 veces más rápidos que los que tenemos actualmente!. Entonces en una o dos décadas tal vez cuando vayamos a la tienda de computadoras podremos elegir nuestra máquina con un procesador de 3000 Ghz o equivalentemente 3 Terahertz (Thz).
*Investigadores del Centro de Investigaciones en Óptica
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