Un equipo del Photonic Research Lab del iTEAM de la Universitat Politècnica de València ha liderado el desarrollo de un chip fotónico reprogramable capaz de funcionar a gran velocidad sin consumo eléctrico continuo. El dispositivo, basado en silicio y titanato de bario, se adelanta a las necesidades que, según el equipo investigador, requerirá el mercado en los próximos tres o cuatro años y abre la puerta a una computación óptica más rápida y eficiente.
El trabajo se ha publicado en la revista Nature Photonics y plantea nuevas posibilidades para sectores como las comunicaciones 6G, los centros de datos, la inteligencia artificial, el internet de las cosas, los sensores, la medicina avanzada, la computación fotónica y las tecnologías cuánticas.
José Capmany, director del PRL-iTEAM de la UPV e investigador principal del proyecto, destaca que «el chip incorpora un sintonizador de alta velocidad que, además puede ser no volátil, es decir, no necesita tener una alimentación constante. Y esto es lo que permite que el consumo de energía se reduzca exponencialmente respecto a los circuitos actuales».
El dispositivo alcanza tiempos de conmutación del orden de 80 nanosegundos, muy por debajo de los sistemas termoópticos tradicionales. Cristina Catalá, primera firmante del artículo y actualmente investigadora postdoctoral en la Universidad de Twente, señala que «en velocidad de sintonización mejora más de dos órdenes de magnitud la tecnología actual», lo que permite su uso en aplicaciones que requieren cambios muy rápidos, como la provisión de rutas alternativas de interconexión en centros de datos en caso de fallo.
Un microprocesador de luz
El nuevo chip funciona como una especie de microprocesador de luz. Puede reconfigurarse para realizar distintas tareas, pero en lugar de procesar señales eléctricas trabaja con señales ópticas. La clave del desarrollo está en la plataforma híbrida de silicio y titanato de bario, un material ferroeléctrico capaz de conservar su estado una vez programado.
Daniel Pérez, CTO de iPronics, empresa surgida de la UPV que también ha participado en el estudio, explica que, «a diferencia de los sistemas fotónicos convencionales, que necesitan energía de forma continua para mantener una configuración, este chip puede recordar el circuito programado sin alimentación eléctrica permanente».
Esta característica permite superar uno de los grandes obstáculos de la fotónica integrada programable: el consumo energético y el calor generado cuando los circuitos aumentan de escala. En las tecnologías actuales, basadas en efectos termoópticos, cada elemento programable requiere energía constante, lo que dificulta el diseño de chips con miles de componentes.
José Rausell, integrante del equipo del PRL-iTEAM de la Universitat Politècnica de València, subraya que «el nuevo dispositivo reduce ese consumo estático a niveles prácticamente nulos». Además, añade que, frente a los chips electrónicos convencionales, el sistema permite manipular información mediante luz, reducir pérdidas y abrir nuevas posibilidades para futuras arquitecturas de computación.
Participación internacional
En el desarrollo han participado, junto al equipo del PRL-iTEAM, investigadores de iPronics Programmable Photonics S.L., la empresa suiza Lumiphase AG, la francesa CEA Leti y la University of West Attica, de Grecia.
El nuevo chip es uno de los resultados de NEoteRIC, el primer proyecto europeo que ha aplicado la fotónica programable en aplicaciones biomédicas. Además, forma parte de los proyectos ERC Advanced Grant ANBIT y ERC Starting Grant LS-PHOTONICS, centrados en la aplicación de la fotónica programable a la computación y al escalado de circuitos fotónicos programables.
