Unas nuevas moléculas producidas en Georgia Tech podrían permitir a los ingenieros construir routers de datos completamente ópticos, lo que finalmente conduciría hacia velocidades de transmisión de hasta dos terabits—o 2.000 gigabits—por segundo. Los routers comerciales más rápidos en la actualidad intercambian datos a 40 gigabits por segundo.

Las redes de fibra óptica modernas tienen su velocidad limitada puesto que la luz que lleva los datos tiene que ser convertida en señales eléctricas cuando llega a un router de internet. Este paso permite que el router determine el destino de la señal y envíe los datos de forma apropiada. Mantener todos los datos en estado óptico aumentaría de forma significativa la velocidad de transmisión de grandes cantidades de datos, como por ejemplo las imágenes médicas detalladas, las aplicaciones de telepresencia, el reconocimiento de imágenes de alta velocidad, y el video de alta definición.

Para solucionar este problema, los ingenieros han construido dispositivos que permiten cambiar las señales ópticas mediante la manipulación de espejos o burbujas para redirigir los haces de luz. El equipo de Georgia Tech, por el contrario, ha diseñado unas moléculas que en teoría serían capaces de cambiar las señales ópticas en sólo unos femtosegundos, en contraste con los microsegundos que tardan los sistemas que utilizan mecanismos físicos para redirigir la luz.

El proyecto ha sido una colaboración entre los laboratorios de los profesores de química de Georgia Tech Seth Marder, que dirigió la fase de síntesis del proyecto; Jean-Luc Brédas, químico teórico; y Joseph Perry, el químico físico que caracterizó las moléculas. El equipo comenzó su proceso de diseño centrando su atención en una clase de moléculas orgánicas llamadas colorantes de polimetina. Estas moléculas de colores brillantes tienen propiedades poco usuales que permiten a los investigadores cambiar el índice de refracción del material mediante la proyección de un láser sobre él—y por tanto, cambiando la fase cualquier onda de luz que viaje a través de él. Esto proporciona una forma de control de la modulación de la luz usando únicamente sistemas ópticos—no se necesita usar electricidad.

Los investigadores ya habían intentado usar moléculas orgánicas para los interruptores ópticos hace 15 ó 20 años, gracias a su respuesta de alta velocidad frente a los intercambios ópticos y eléctricos, afirma Larry Dalton, ingeniero químico y eléctrico encargado del desarrollo de materiales ópticos en la Universidad de Washington. De hecho, el tiempo de respuesta intrínseco de las moléculas orgánicas es entre 10 y 100 terahercios, lo que significa que si se encuentra el tipo de material adecuado, los datos podrían ser procesados a esas velocidades tan impresionantes. Sin embargo, nadie fue capaz de crear materiales orgánicos que pudieran cambiar la fase lo suficiente sin también absorber demasiada cantidad de la luz que las ondas de longitud usaban en los sistemas de telecomunicaciones. El colorante creado por el equipo de Georgia Tech “es el primero que permite cambiar el índice de refracción sin perder luz,” afirma Dalton. “Potencialmente, ahora podemos seguir adelante con las aplicaciones prácticas—entre las que se incluyen métodos mejorados para codificar los datos ópticamente, así como la computación completamente óptica, y el intercambio óptico ultrarrápido.

“Se había tirado la toalla en gran medida y no se creía que pudiese conseguirse con materiales orgánicos,” señala Marder. A través de una combinación de diseño teórico y prueba y error, los científicos de Georgia Tech fueron capaces de crear una molécula que tuviera las propiedades que necesitaban.

Hasta ahora los investigadores sólo han medido las propiedades ópticas de la molécula en una solución líquida. “El trabajo más duro consiste en tomar estas moléculas y colocarlas en un material y hacer el intercambio,” señala Marder. Los químicos de Georgia Tech ya están trabajando en esa tarea. Aunque el colorante en sí mismo “no es el componente más fácil de crear” y el material finalmente acabará siendo caro, señala Marder, los dispositivos probablemente usarán sólo cantidades muy pequeñas.

Perry afirma que aunque los ingenieros puede que sean capaces de hacer que la tecnología electro-óptica actual proporcione velocidades de transmisión de hasta 100 gigabits por segundo, aquellos procesos que sean completamente ópticos podrían permitir velocidades de hasta dos terabits por segundo, permitiendo la descarga de películas en alta definición en varios minutos en vez de en varias horas. Aunque puede que no acaben alcanzando esas velocidades, afirma que si todo va bien, el grupo podría crear un dispositivo que intercambie datos a cientos de gigabits por segundo de aquí a alrededor de cinco años.

Una compañía dedicada a la fotónica contactó al equipo de Georgia Tech sólo un día o dos después de que la investigación fuese publicada por primera vez, y los académicos tienen previsto comenzar las charlas con representantes de la compañía esta semana.

Incluso si pudieran desarrollar routers ópticos funcionales tan rápidamente como esperan, señala Perry, se tardará mucho más en que la tecnología tenga alguna influencia apreciable en la velocidad de los vínculos de internet a nivel de consumidor, en gran parte debido a que las compañías de telecomunicaciones tienen a mejorar sus sistemas de forma incremental. Espera que los primeros clientes de interruptores completamente ópticos sean compañías como Google, que mantienen enormes granjas de servidores.