Un picosegundo es una billonésima de segundo. Es una medida de tiempo que entra en juego con tipos de tecnología como láseres, microprocesadores y otros componentes electrónicos que operan a velocidades extremadamente rápidas. La investigación en física nuclear también incluye mediciones que se acercan al rango del picosegundo, así como imágenes de medicina nuclear relacionadas 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 aproximadamente 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 EE. UU. Puede realizar 360 billones de operaciones por segundo, lo 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 forma óptima 2,500 cálculos.
Los láseres diseñados para operar en el rango de picosegundos emiten pulsos de luz cada una a varias decenas de picosegundos en el tiempo. Hay varios tipos de diseños de láser que pueden operar a estas velocidades, incluidos los láseres de estado sólido a granel, los láseres de fibra de modo bloqueado y los láseres de conmutación Q. Cada modelo se basa en el diodo de picosegundos, que se puede bloquear de modo o cambiar 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 cientos de picosegundos.
Aunque esos láseres ultrarrápidos son difíciles de imaginar, existe un nivel de modelos aún más rápido. Un láser de pulso de picosegundos es 1,000 veces más lento que un láser de femtosegundos. Esto hace que los diseños de picosegundos sean menos vanguardistas y considerablemente más económicos para usos como el micromecanizado de componentes. Ambos tipos de láseres tienen niveles similares de rendimiento para los trabajos que se les asignan.
En el campo de la medicina nuclear, una máquina de PET crea 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 tarda entre 1 y 2 nanosegundos de longitud por partícula de emisión. La investigación del PET de tiempo de vuelo (TOFPET) está intentando reducir el tiempo de vuelo real por debajo de los 300 picosegundos, mediante mejoras en los fotodetectores, los 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.