Computación Fotónica: una revolución tecnológica se aproxima

Tomado de: http://thezeitgeistmovement.com/joomla/index.php?option=com_kunena&Itemid=99999&func=view&catid=14&id=199391

Primero consideremos las limitantes de la electrónica:

• En los circuitos los electrones no viajan a la velocidad de la luz, sino a una fracción de esta. Estos electrones requieren mucha energía para desplazarse de un punto a otro, y la velocidad depende de la resistencia de los materiales conductores como también de la temperatura y del grado de ruido o interferencia de campos electro-magnéticos.


• El proceso de lograr materiales semiconductores que permitan el paso libre de electrones es complejo.


• El desarrollo de los dispositivos electrónicos tiene serios desafíos para regular la temperatura de estos. Al incrementar la corriente los materiales semiconductores suelen calentarse lo cual obstaculiza el flujo de electrones: en altas temperaturas los las partículas chocan entre si.


• La lógica digital actual procesa pulsos electricos uno a la vez y en secuencia. La capacidad de transmitir multiples señales electromagneticas por el mismo canal conductor es limitada. Es por eso que los procesos computacionales son extrictamente lineales


• Los chips electrónicos requieren mayor energía para procesar a mayor rapidéz. Al aumentar la frecuencia aumenta la temperatura y el voltaje requerido.


• La miniaturización de los componentes es compleja. Además la mayoría de los materiales requeridos en la fabricación de estos chips son costosos y agotables: Cobre, Coltán, Oro, Chromo etc.

Podríamos afirmar que la capacidad de computo de los chips electrónicos alcanzó el tope desde el año 2003. Desde esa fecha los procesadores apenas varían la arquitectura para integrar más procesadores simetricos en el mismo chip, pero su rapidez de computo apenas puede pasar el umbral de 4 ghz con la ayuda de un complejo sistema de refrigeración. Según esto también podríamos afirmar que el patrón de la ley de Moore se está desacelerando, y es evidente que la miniaturización de la electrónica convencional tiene su límite.

Entonces, ¿qué nos ofrece la Opto-electrónica y la Computación Fotónica?

Como su nombre lo indica, la computación fotónica se basa en el procesamiento de fotónes. Estos se mueven en paquetes o quantums, no en pulsos secuenciales como las señales electromagnéticas. Además, las propiedades físicas de los fotones les permiten comportarse tanto como onda y como partícula

al mismo tiempo. Esto significa que como particula cargan consigo un estado, y como onda viajan tan rápido que es como si estuvieran en varios sitios al mismo tiempo.

Cada fotón posee propiedades de estado espacio-temporales que pueden medirse. El spín rotacional de cada fotón puede acarrear un dato computacional, y este puede tener 4 estados registrables de orientación y polaridad, que en datos sería un Q-bit de información.

Entonces imagínense la cantidad de información que puede acarrear un solo haz de luz laser de apenas 1 mm de espesor...millones de millones de fotones cada uno con 4 bits de información viajando en paralelo!!

Y a diferencia de las señales electromagnéticas, estos ases siempre viajan a la velocidad de la luz NETA. No requieren energía adicional para viajar por un medio.

Otra propiedad de las señales lumínicas es que no se interfieren entre ellas, podemos tener 2 rayos de luz cruzandose y ninguno resulta alterado. Entonces en un solo punto físico podríamos tener millones de flujos simultáneos de luz. El diseño de los circuitos se simplifica considerablemente al no estar limitados a las restricciones tridimencionales del cableado en la electrónica.

Entonces el potencial de esta tecnología fotónica será abismalmente superior al tope de la electrónica actual. Ya hemos sido testigos de algunos pequeños avances que apenas son la punta del Iceberg: Los dispositivos de almacenamiento ópticos como los DVD superan miles de veces la capacidad de los medios de almacenamiento magnético. Y también en el campo de las telecomunicaciones los canales de fibra óptica son capaces de transmitir millones de veces mas información que los canales electromagnéticos con casi ninguna interferencia.

Pero cuando se trata de computación, se estima que un computador fotónico será miles de millones de veces mas rápido que los supercomutadores actuales de 4ghz, estando en el orden de los Petahertz.

En comparación con los circuitos electrónicos, Como se procesan los flujos de luz?

Las compuertas lógicas de estos circuitos fotónicos se implementan mediante filtros y polarizadores. Cada compuerta puede realizar millones de operaciones al mismo instante al procesar conjuntos masivos de fotones.

Y el almacenaje de memoria de este esquema no tiene grado de comparación con respecto a la de los transistores de la electrónica. Actualmente se requiere elaborar un transistor flip-flop físico para almacenar electromagnéticamente cada bit. Las tarjetas de memoria aún son costosas de elaborar y su capacidad de almacenamiento está ligada a su grado de miniaturizacón y la cantidad de fibras conectoras.

En cambio, para la computación fotónica los datos estarían almacenados como una impresión holográfica en un material sensible a la luz. Un material cristalino puede almacenar varios qbits en cada molecula que lo componga, sin partes ensambladas. Estas características de almacenamiento dotarán a los computadores cuánticos la capacidad no solo de almacenar imagenes digitales tridimencionales de altísima resolución sino también almacenar y procesar información en forma analógica

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El diseño de estos dispositivos de almacenamiento se basarían en la física del estado solido y la cristalografía. La nanotecnología se emplearía para configurar compuertas y filtros de luz a nivel molecular.

Los materiales empleados en estos dispositivos serían sin duda más económicos que los de la electrónica. Materiales como el cuarzo, silicio, e incluso compuestos orgánicos serían empleados en esta tecnología.

Como ven, se aproxima una nueva era de la computación, la cual permitiría que un solo equipo procese millones de veces más información que todo el poder conjunto de la totalidad de los PCs existentes en el planeta.

¿Y cuándo esta tecnología se convertirá en una realidad?

La realidad es que esta revolución ya nos alcanzó y nos cogió de sorpresa. El supuesto indeterminismo de los computadores cuánticos es cuento del pasado. Los computadores fotónicos son muy precisos y confiables, tanto o más que los electrónicos.

La NASA y Universidades como el MIT y Standford ya han venido experimentando con esta tecnología desde hace 2 décadas. En el año 1989 ya se logró con éxito la construcción del primer transistor fotónico.

Ahora corporaciones como Intel ya han logrado elaborar los primeros computadores cuánticos:

Intel Construye con éxito el computador fotónico

Se sabe que el Internet 2, la GRID, está basada en esta tecnología. Los switches y routers basados en optoelectrónica y los medios de fibra optica permiten lograr velocidades espantosas en la transmisión de información.

En esta red de internet2 ya es posible transferir un blue-ray completo en tan solo 10 segundos. Un investigador afirmó que transferir 1 giga de datos de EEUU a europa es cientos de veces más rapido que transferir esa giga dentro del bus de datos de un PC de ultima generación, desde la GPU a la memoria del sistema.

¿Y qué piensan hacer los gigantes de la industria tecnológica con respecto al Internet 2?

Varias corporaciones de la industria digital ya están desarrollando proyectos basados en esta tecnología. Sony, Microsoft, IBM son algunas por mencionar. Estas ya contemplan del potencial de esta tecnología, que permitirá brindar un servicio de medios de alta definición. En las comunicaciones de fibra optica del Internet 2 se podrá transferir películas holográficas 4D en tiempo real al instante.

El panorama del Internet2

que nos tienen preparado estas corporaciones es el de una Nube de computación centralizada la cuál brindará todos los servicios informáticos y de entretenimiento que la gente necesite. Aunque este servicio no sería una red de computadoras sino mas bien parecido a un servicio de TV interactiva por subscripción.

Los usuarios solo requerirían de terminales brutas como un televisor digital LCD o Plasma con su codificador para acceder a la gran red de información y disfrutar de video-juegos de última generación, películas calidad Full-HD al instante, y comunicación con video y voz en alta definición.

De hecho ya contemplan renderizadores holográficos en vez de pantallas de dos dimensiones.

Y la computación independiente y personal que? la harán desaparecer con el pretésto de obsolencia. Las personas ya no tendrían a donde descargar el contenido de la red ni manipularían archivos en sus propios PC, porque la GRID brindará toda la información que necesitan. Todo programa funcionaría en el computador central, y todos los datos personales de la gente estará almacenada en la GRID central. Paulatinamente desmantelarían todos los HUB y servidores del internet antíguo para dar paso a esta red óptica de terminales brutas.

Esto implica que se acabaría la piratería de medios y de software porque los usuarios no tendrán como descargar y decodificar la información para reproducirla en otros equipos. Ningún equipo personal tendrá la capacidad de reproducir el contenido de la GRID, porque requerirían una tecnología tan avanzada como el computador óptico central. Toda información será controlada y regulada, y podrían generar cobro por el acceso a ciertos sitios web, por la lectura de un texto, por escuchar una canción sin posibilidad de fraude o robo.

Las características de centralización de la GRID es lo que más atrae a los gigantes de la industria de medios digitales y software, porque les ofrece un entorno idóneo para ejercer sus políticas de protección y control al acceso de medios digitales, más conocidas como políticas DRM.

Y cabe aclarar que estos canales de fibra óptica son inviolables. Es practicamente imposible para un hacker atentar contra la seguridad del sistema porque no podría descifrar la información proveniente de los canales. Y por qué será?

porque la seguridad de las comunicaciones de fibra óptica se basan en un principio de la física cuántica: El principio de incertidumbre de Heisenberg

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Este principio de la cuántica afirma que el estado observable de las particulas depende del observador. Lo que significa que la información de los fotones es determinada por el emisor y proyectada a su futuro estado hasta su recepción. Si un tercer observador (hacker) se atreve a intersectar las señales estas cambiarían su estado original perdiendo toda la información.

Como ven, estos avances significarían un cambio drástico del panorama digital que vivimos actualmente. Toda la información del mundo será consignada controlada y explotada a niveles inimaginables por los gigantes de la industria tecnológica.

Con los servicios del Internet 2 nos comunicaremos holograficamente con personas a kilometros de distancia, nos sumergireamos mentalmente en en la realidad de videojuegos hiper-realistas, y todo nuestro pensamiento podría circular y navegar en esta vasta red. La realidad virtual estará tan incrustada en todo aspecto de nuestras vidas que no podríamos distinguir lo que es verdadero y lo que es simulado.

Que lindo panorama que nos depara este futuro eh?? ( en realidad estoy algo aterrado

)

Aquí les dejo unos links:

http://www.infoastro.com/200107/08luz.html

http://www.fisicahoy.com/fisicaHoy/fotonica/fotonica.html

http://www.laflecha.net/canales/ciencia/noticias/200407281