El Photonic Research Lab (PRL) de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) ha liderado el desarrollo de un chip fotónico reprogramable de alta velocidad que puede operar sin consumo eléctrico continuo. El dispositivo, basado en silicio y titanato de bario, está orientado a una computación óptica más rápida y eficiente, con aplicaciones potenciales en inteligencia artificial, centros de datos, comunicaciones 6G y tecnologías cuánticas.
El avance aborda uno de los principales límites de la fotónica integrada programable: el consumo energético y la generación de calor cuando los circuitos escalan e incorporan un número elevado de componentes. El trabajo ha sido publicado en la revista Nature Photonics y, según el equipo investigador, anticipa requisitos que podrían llegar al mercado en los próximos tres o cuatro años.
El chip incorpora un sintonizador de alta velocidad con comportamiento no volátil, lo que significa que puede mantener la configuración programada sin alimentación permanente. Esta capacidad permite reducir de forma muy significativa el consumo energético respecto a circuitos fotónicos que requieren energía constante para conservar su estado operativo.
Una tecnología clave para la computación óptica y la IA
El dispositivo alcanza tiempos de conmutación del orden de 80 nanosegundos, por debajo de los registros habituales en sistemas termoópticos tradicionales. De acuerdo con el equipo del proyecto, esta velocidad supone una mejora superior a dos órdenes de magnitud frente a la tecnología actual de sintonización.
Esta rapidez de reconfiguración puede resultar relevante en entornos que requieren cambios muy veloces en el encaminamiento de señales. Entre los casos citados por los investigadores figura la provisión de rutas alternativas de interconexión en centros de datos cuando se producen fallos.
El chip opera como un microprocesador de luz: puede reconfigurarse para ejecutar distintas funciones, pero procesa señales ópticas en lugar de señales eléctricas. La base técnica del desarrollo es una plataforma híbrida de silicio y titanato de bario, un material ferroeléctrico capaz de conservar su estado después de ser programado.
Menor consumo estático en fotónica integrada programable
En las soluciones fotónicas convencionales basadas en efectos termoópticos, cada elemento programable necesita energía de manera continua para mantener una configuración determinada. Esta exigencia complica el diseño de chips con miles de componentes, tanto por el gasto energético como por el calor asociado.
La propuesta desarrollada por el PRL-UPV reduce el consumo estático a niveles prácticamente nulos al permitir que el circuito recuerde la configuración establecida sin alimentación eléctrica permanente. Frente a los chips electrónicos convencionales, el sistema manipula información mediante luz, lo que puede disminuir pérdidas y abrir opciones para nuevas arquitecturas de computación.
Las aplicaciones señaladas para esta tecnología incluyen comunicaciones 6G, centros de datos, inteligencia artificial, internet de las cosas, sensores, medicina avanzada, computación fotónica y tecnologías cuánticas. En estos ámbitos, el procesamiento de un mayor volumen de información con menor consumo energético se ha convertido en un requisito técnico creciente.
Colaboración internacional y proyección europea
Además del equipo del PRL, en el desarrollo han participado investigadores de iPronics Programmable Photonics S.L., empresa surgida de los laboratorios del iTEAM-UPV; la compañía suiza Lumiphase AG; la francesa CEA Leti, uno de los principales fabricantes europeos de chips fotónicos de silicio; y la University of West Attica, en Grecia.
El chip es uno de los resultados de NEoteRIC, el primer proyecto europeo que ha aplicado la fotónica programable a aplicaciones biomédicas, con foco en ámbitos como el diagnóstico médico. También se enmarca en los proyectos ERC Advanced Grant ANBIT y ERC Starting Grant LS-PHOTONICS, centrados respectivamente en la aplicación de la fotónica programable a la computación y en el escalado de circuitos fotónicos programables.