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Científicos de ETH Zurich han creado con éxito un transistor óptico a partir de una sola molécula. Esto facilitaría la creación del computador óptico que utilice luz en lugar de electricidad para realizar los cálculos.

Concepción artística del transistor óptico molecular. Foto: Robert Lettow.

El transistor es la unidad fundamental de la que están hechos los chips modernos. Gracias a ellos se puede controlar el flujo de electrones de un lado a otro, amplifican las señales que les llegan o controlan los bits de información almacenados. Sin embargo, el rendimiento de los ordenadores modernos se ve limitado por los transistores de semiconductores que se emplean en las CPU. En ella hay millones de ellos que terminan produciendo gran cantidad de calor. Un chip de un centímetro cuadrado que forme la CPU de un ordenador comercial disipa 125 vatios de potencia en forma de calor.
Desde hace muchos años se especula con la posibilidad de utilizar circuitos fotónicos en lugar de electrónicos, circuitos que usen fotones en lugar de electrones para realizar las operaciones elementales. Entre sus ventajas estaría la menor disipación de calor que producirían y su alta transferencia de datos.
Hace tiempo ya se lograron crear transistores óptico que controlaban haces láser en lugar de corrientes eléctricas, pero la industria microelectrónica ha evolucionado tanto que ha dejado a esos dispositivos en ridículo. Si un transistor óptico quiere competir con los tradicionales debe de ser muy bueno.
Aunque gran parte de las comunicaciones se hacen ahora a través de cables de fibra óptica su control emisión y recepción se hace con circuitos electrónicos que crean cuellos de botella a la transmisión de datos, y la creación de sistemas totalmente fotónicos está todavía lejos. Según explica Vahid Sandoghdar, de ETH Zurich, se podría comparar el estado actual de esta tecnología con el estado de la tecnología electrónica basada en tubos de vacío de hace décadas.
Si queremos circuitos fotónicos que compitan con los tradicionales deben de contener transistores muy pequeños. Y nada más pequeño que una molécula. Este grupo de científicos ha conseguido un logro en este campo al crear el primer transistor basado en una sola molécula.
Su funcionamiento se basa en que el estado energético de la molécula está cuantizado, si un haz láser incide sobre ellas la molécula pasa de su estado fundamental de energía a otro excitado absorbiendo energía del haz. Luego es posible liberar esta energía absorbida cuando se incide con otro haz en un proceso de emisión estimulada similar a la que están basados los láseres. Como resultado se produce una amplificación luminosa.
Jaesuk Hwang, también participante en el proyecto, dice que esta amplificación estimulada en láseres se da con un número enorme de moléculas, pero en este caso es sobre una sola molécula. En este caso se aprovechan, además, de que a bajas temperaturas las moléculas parecen aumentar su superficie aparente cuando interaccionan con la luz. Tuvieron que enfriar el sistema experimental a un grado por encima del cero absoluto.
Usando un láser para preparar el estado cuántico de una sola molécula de manera controlada, estos científicos pueden amplificar o atenuar un segundo haz láser. Como se ve, este método de modulación es el mismo que el de un transistor convencional, en el que una corriente eléctrica de entradas es modulada por otra.
Este tipo de componente podría también ayudar a conseguir la computación cuántica. Según Sandoghdar harán falta mucho años hasta que los fotones reemplacen a los electrones en los circuitos, pero mientras tanto los científicos podrán aprender a manipular y controlar sistemas cuánticos, llevándonos cerca del sueño del computador cuántico.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original (resumen).