Además del ahorro de energía directo, el conmutador no requiere enfriamiento y opera a 1 billón de operaciones por segundo, es entre 100 y 1,000 veces más rápido que los transistores comerciales actuales.
El dispositivo se basa en dos láseres para establecer su estado en "0" o "1" y para cambiar entre ellos. Se utiliza un rayo láser de control muy débil para encender o apagar otro rayo láser más brillante. Solo se necesitan unos pocos fotones en el haz de control, de ahí la alta eficiencia del dispositivo.
El cambio ocurre dentro de una microcavidad, un polímero semiconductor orgánico delgado de 35 nanómetros intercalado entre estructuras inorgánicas altamente reflectantes. La microcavidad está construida de tal manera que mantiene la luz entrante atrapada en el interior el mayor tiempo posible para favorecer su acoplamiento con el material de la cavidad.
Este acoplamiento de materia ligera forma la base del nuevo dispositivo. Cuando los fotones se acoplan fuertemente a pares de electrones-agujeros unidos, también conocidos como excitones, en el material de la cavidad, esto da lugar a entidades de corta duración llamadas excitones-polaritones, que son una especie de cuasipartículas en el corazón del funcionamiento del interruptor.
Cuando el láser de la bomba, el más brillante de los dos, brilla en el interruptor, esto crea miles de cuasipartículas idénticas en la misma ubicación, formando el llamado condensado de Bose-Einstein, que codifica los estados lógicos "0" y "1" de el dispositivo.
Para cambiar entre los dos niveles del dispositivo, el equipo utilizó un pulso láser de control que siembra el condensado poco antes de la llegada del pulso láser de la bomba. Como resultado, estimula la conversión de energía del láser de la bomba, aumentando la cantidad de cuasipartículas en el condensado. La gran cantidad de partículas que contiene corresponde al estado "1" del dispositivo.
Los investigadores utilizaron varios ajustes para garantizar un bajo consumo de energía: en primer lugar, las vibraciones de las moléculas del polímero semiconductor contribuyeron a la conmutación eficiente.
El truco consistía en hacer coincidir la brecha de energía entre los estados de bombeo y el estado de condensado con la energía de una vibración molecular particular en el polímero.
En segundo lugar, el equipo logró encontrar la longitud de onda óptima para sintonizar su láser e implementó un nuevo esquema de medición que permite la detección de condensado de un solo disparo.
En tercer lugar, el láser de control que siembra el condensado y su esquema de detección se combinaron de una manera que suprimió el ruido de la emisión "de fondo" del dispositivo.
Estas medidas maximizan el nivel de señal-ruido del dispositivo y evitan que un exceso de energía sea absorbido por la microcavidad, que solo serviría para calentarlo a través de vibraciones moleculares.