Carrera hacia la computación lumínica

Una alianza de la NASA con Universidades minoritarias esta trabajando para crear computadores futurísticos que operarán utilizando partículas de luz.

ver leyendaLos científicos del Centro Marshall de Vuelo Espacial de La NASA (MSFC) y un grupo de Universidades, están participando juntos en una carrera. El premio es nada menos que una nueva generación de computadores que trabajarían a velocidades sorprendentes. Utilizando fotones para su operación, estos computadores ópticos romperían los limites de velocidad de los sistemas actuales.

Desde el año1994, La NASA ha financiado la Alianza para Optica No Linear, Alliance for Non-Linear Optics (ANLO), en inglés, la cual está compuesta por Investigadores de NASA y científicos y estudiantes de una media docena de Universidades minoritarias. Cada una de las instituciones de esta alianza contribuye con algo único para solucionar el problema de la computación a altas velocidades. Algunas participan con Química Teórica, por ejemplo, mientras otras se dedican al crecimiento de cristales y película de baja densidad, que son los componentes esenciales de los sistemas electro-ópticos de computación. Trabajando en conjunto, estas Universidades y NASA están progresando rápidamente en el diseño de la nueva generación de computadores.

Arriba: El Doctor Donald Frazier observa un láser de luz azul utilizado con materiales electro-ópticos.

Aun antes de que existiera la alianza, dos científicos de NASA/MSFC, los Doctores Donald Frazier y Benjamin Penn, ya habían reunido las cinco Universidades iniciales de ANLO con el fin de cooperar con ellos en las investigaciones de óptica no linear.

"El conocimiento sobre las áreas de tecnología dominadas por estas Universidades fué providencial" dice el Doctor Penn. "Vimos un gran potencial para la colaboración investigativa y la educación. Una alianza uniría los esfuerzos de personas especializadas en distintas disciplinas tecnológicas y atraería a los estudiantes más destacados para trabajo en el desarrollo futuro de la óptica no linear."

La propuesta del grupo para la creación de ANLO fue escrita por el Doctor Ronald Clark, entonces un especialista en química orgánica y profesor principal en la Universidad Highlands de Nuevo Méjico. La alianza fué financiada a través de los Premios Institucionales para Investigación de la NASA, Institucional Research Awards (IRA) en inglés, para Universidades Minoritarias (NASA-IRA Grant NAG 5-6532). La donación inicial de 1994 fué extendida en el año 2000 por tres años adicionales.

La necesidad de la tecnología óptica proviene del hecho que los computadores actuales están limitados por el tiempo de respuesta de los circuitos electrónicos. Un medio de transmisión sólido limita tanto la velocidad como el volumen de las señales y origina el acumulamiento de calor, que eventualmente hace fallar los componentes. La miniaturización extrema de los componentes crea también el efecto de "conversaciones cruzadas" - errores de señalización que afectan la confiabilidad del sistema

Estos y otros obstáculos han obligado a los científicos a buscar soluciones en la misma luz. La luz no sufre las limitaciones de tiempo de respuesta de los componentes electrónicos, no requiere aisladores y hasta puede enviar simultáneamente cientos de grupos de señales fotónicas utilizando diferentes frecuencias de colores.

ver leyendaIzquierda: Láseres Azules y Rojos reflejando luz con espejos - ¿Una Mirada hacia el futuro en tecnología de computadores? Crédito: Departamento de Energía y Grupo Láser Coherente

Reemplazando electrones y cables con fotones y fibra óptica, cristales, películas de baja densidad y espejos, los investigadores esperan construir una nueva generación de computadores que trabajarían a una velocidad cien millones de veces más rápido que los actuales.

"Los computadores ópticos pueden expandir ampliamente la velocidad de procesamiento de datos y conexión de redes hasta de trillones de bitios por segundo, aumentar la velocidad de Internet al menos 10 veces sobre la actual, almacenar miles de veces más datos de lo que es posible ahora - y esto puede hacerse con componentes y sistemas que son más pequeños, más baratos y más confiables de lo que tenemos actualmente" dice el Doctor Frazier.

Para que esto sea posible, los investigadores deben dominar dos ramas de la tecnología que avanzan rápidamente: Ciencia fotónica y óptica no linear. La ciencia fotónica consiste en el control de fotones en el espacio libre o en la materia - igual que la electrónica en el control de los electrones. La óptica no linear cubre los componentes que permiten el proceso de señales fotónicas, igual que los transistores como base para el procesamiento de señales en la electrónica.

Para los componentes y sistemas fotónicos que procesan visualizan y almacenan información e imágenes, la óptica no linear provee funciones tales como conversión y modulación de frecuencia, amplificación y emisión, conmutación óptica y muchas más.

La Diversidad Produce Sinergía

"La prioridad de ANLO ha sido la de desarrollar Facilidades investigativas en el campo de la óptica no linear como ciencia pura, con participación activa de los estudiantes," dice el Doctor Frazier. "Cada miembro de la alianza contribuye con su área de especialización al grupo produciendo resultados sinergísticos."

ver leyendaPor ejemplo: la Universidad Spelman en Atlanta se especializa en Química Teórica, mientras que la Universidad de Highland en Nuevo Méjico trabaja en Química Orgánica y componentes ópticos. La Universidad de Puerto Rico en Mayaguez y la Universidad de Alabama A&M poseen experiencia en crecimiento de cristales, formación de películas de baja densidad, y en componentes ópticos. La Universidad Estatal Grambling y la Universidad de Tejas de El Paso conducen investigaciones en química polimérica, fibras y componentes electro-ópticos. La Universidad de Alabama en Huntsville se especializa en el análisis de materiales ópticos no lineales.

Derecha: : El estudiante Celeste Roney de la Universidad de Spelman prepara películas para medidas de óptica no linear.

De esta, manera las Universidades de Spelman y Estatal de Grambling pueden identificar nuevos componentes con propiedades de óptica no linear, mientras que las Universidades de Highlands en Nuevo Méjico y Grambling pueden sintetizar los nuevos materiales. La Universidad de Alabama en Huntsville puede conducir pruebas y analizar la existencia real de las propiedades de óptica no linear - y la Universidad de Puerto Rico en Mayaguez puede utilizar los materiales sintetizados para producir cristales y películas de baja densidad que serían usados en componentes de óptica no linear. Otros investigadores en la Universidad A&AM de Alabama pueden fabricar prototipos de estos componentes.

Cinco años desde el comienzo

"ANLO ha progresado mucho en la carrera hacia el diseño de componentes fotónicos ultra-rápidos," dice Frazier. "Entre nuestros logros se incluye el desarrollo de software para elementos moleculares y Opticos no lineales, síntesis de nuevos compuestos y materiales de óptica NL, desarrollo de equipo especial para crecimiento de cristales y películas orgánicas de baja densidad, tanto como medidas de las características no lineares de un gran número de compuestos ópticos. Un componente especial modulador de luz ha sido fabricado utilizando material óptico no linear sintetizado por la alianza y está en pruebas de laboratorio. ¡Han sido unos cinco años productivos!"

ver leyendaMás de 20 miembros de la Facultad de las Universidades nombradas y más de 100 estudiantes han participado en los proyectos ANLO. La alianza ha publicado más de 35 estudios y 50 artículos en revistas científicas, y algunas 70 presentaciones por miembros de la Facultad y 40 de estudiantes se han efectuado en Reuniones internacionales. [más información].

Izquierda : El estudiante Kyrill Suponitsky de la Universidad Highland de Nuevo Méjico muestra un programa de modelo molecular a la estudiante Maurina Gonzales. Varios compuestos ONL activos con caracterización térmica (recuadro), derivados del dicyanovinylbenzeno, han sido pronosticados y sintetizados en la Universidad Highlands.

En este mes la alianza efectuará su conferencia técnica semianual en Atlanta. En la agenda se encuentra un resumen de sus actividades en los pasados cinco años, su proceso de desarrollo y el estado de los proyectos actuales.

En opinión de los doctores Frazier y Penn, los investigadores académicos de NASA y de la Alianza están satisfechos con el impacto que ANLO ha tenido en el campo de la óptica no linear, así como en tantos jóvenes científicos.

"Los estudiantes universitarios y la óptica no linear se complementan perfectamente, " dice Penn. "Los estudiantes necesitan tiempo para desarrollar sus técnicas de investigación y el trabajar en un área tan futurista como la de óptica no linear, les permite ese tiempo. La tecnología y los estudiantes se desarrollan a la par."

Los doctores Frazier y Penn consideran el progreso continuado de ANLO como un modelo para el establecimiento de mayor cooperación entre NASA y pequeñas universidades -- y entre los estudiantes y el futuro.

La alianza para Optica No Linear (ANLO) fué establecida en 1994 cuando NASA fundó este Proyecto bajo los auspicios del programa de Premios Institucionales para Investigación. Este programa tenía como objetivo ampliar las relaciones con instituciones minoritarias, especialmente las Universidades de predominancia hispánica e indígena. De esta manera la concesión se hizo a la Universidad Highlands y las otras instituciones actúan como subcontratistas. La Oficina de Oportunidades Iguales de la NASA financia este programa. Bettie White es la Directora de la División de Universidades Minoritarias en la Oficina principal de NASA.

Los participantes en ANLO incluyen el equipo de Frazier y Penn en el Departamento de Microgravedad de la Dirección de Ciencias de la NASA/MSFC -así como miembros de la facultad y estudiantes de las Universidades de Alabama A&M, Estatal Grambling, Highland de Nuevo Méjico, Spelman , Universidad de Alabama en Huntsville, Universidad de Puerto Rico en Mayaguez, Universidad de Texas en El Paso y el Instituto de Elementos Orgánicos de la Academia Rusa de Ciencias.

Enlaces a la Red

Alianza para óptica no linear -- Página de Internet de la Universidad Highlands de Nuevo Méjico

Noticias sobre Microgravedad - Informe sobre la Alianza para óptica no linear. Invierno de 1995