¿Qué es un picosegundo?

Un picosegundo es una billonésima de segundo. Es una medida de tiempo que entra en juego con tipos de tecnología como láser, microprocesadores y otros componentes electrónicos que funcionan a velocidades extremadamente rápidas. La investigación en física nuclear también implica mediciones que se aproximan al rango del picosegundo, así como imágenes relacionadas con la medicina nuclear mediante tomografía por emisión de positrones (PET).

Las computadoras personales se están acercando gradualmente a la velocidad en la que se puede realizar un solo cálculo en un picosegundo. Una computadora doméstica con un microprocesador que funciona a tres gigahercios funciona a tres mil millones de ciclos por segundo. Esto significa que en realidad se necesitan unos 330 picosegundos para realizar una sola operación binaria.

Las supercomputadoras en los Estados Unidos y China ya superan las velocidades de picosegundos por operación. Una de las supercomputadoras más rápidas de los EE. UU. Puede realizar 360 billones de operaciones por segundo, que es un poco más rápido que una operación por picosegundo. China reveló una supercomputadora en 2010 que era capaz de realizar 2.5 petaflops por segundo, o 2.5 billones de operaciones por segundo, lo que significa que cada picosegundo, realiza de manera óptima 2.500 cálculos.

Los láseres diseñados para operar en el rango de picosegundos emiten pulsos de luz cada uno a varias decenas de picosegundos a tiempo. Existen varios tipos de diseños láser que pueden funcionar a estas velocidades, incluidos los láseres de estado sólido a granel, los láseres de fibra con modo bloqueado y los láseres de conmutación Q. Cada modelo se basa en el diodo de picosegundos, que puede bloquearse en modo o cambiarse de ganancia, cambiando las frecuencias de pulso de velocidades de nanosegundos que están en mil millonésimas de segundo, a al menos diez veces más rápido en el rango de los cientos de picosegundos.

Aunque estos láseres ultrarrápidos son difíciles de imaginar, existe un nivel aún más rápido de modelos. Un láser de pulso de picosegundo es 1,000 veces más lento que un láser de femtosegundo. Esto hace que los diseños de picosegundos sean menos vanguardistas y considerablemente más económicos para usos como el micro mecanizado de componentes. Ambos tipos de láseres tienen niveles similares de rendimiento para los trabajos con los que están asignados.

En el campo de la medicina nuclear, una máquina de PET construye una imagen a través de rayos gamma que interactúan con cristales centelleantes para producir electrones Compton a velocidades óptimas de alrededor de 170 picosegundos. En realidad, esto suele ser mucho más lento y toma alrededor de 1 a 2 nanosegundos de longitud por partícula de emisión. La investigación sobre el tiempo de vuelo PET (TOFPET) está tratando de reducir el tiempo de vuelo real a menos de 300 picosegundos, a través de mejoras en los fotodetectores, los propios cristales centelleantes y la electrónica asociada. Aunque estas tasas de velocidad ya son increíblemente rápidas, reconstruir una imagen de las regiones del cuerpo humano a partir de estas emisiones es un proceso lento y lento que a menudo tarda varios días en completarse.