La UPV desarrolla un chip fotónico reprogramable de alta velocidad sin consumo eléctrico continuo

Un equipo del Photonic Research Lab (PRL)-iTEAM de la Universitat Politècnica de València ha liderado el desarrollo de un chip fotónico reprogramable capaz de operar a gran velocidad sin necesidad de alimentación eléctrica continua. Basado en una arquitectura híbrida de silicio y titanato de bario, el dispositivo mejora significativamente la eficiencia energética y las prestaciones de los circuitos fotónicos actuales, con aplicaciones potenciales en inteligencia artificial, centros de datos, comunicaciones 6G y tecnologías cuánticas.

Investigadores del Photonic Research Lab (PRL)-iTEAM de la Universitat Politècnica de València (UPV) han presentado un nuevo chip fotónico reprogramable que combina alta velocidad de funcionamiento con un consumo energético prácticamente nulo en estado de reposo. El desarrollo, cuyos resultados han sido publicados en la revista científica Nature Photonics, supone un avance relevante para el futuro de la computación óptica y las infraestructuras de procesamiento de datos.

El dispositivo incorpora un sintonizador de alta velocidad basado en una plataforma híbrida de silicio y titanato de bario, un material ferroeléctrico capaz de mantener su estado una vez programado. Gracias a esta característica, el chip puede conservar su configuración sin necesidad de recibir energía de forma continua.

José Capmany, director del PRL-iTEAM de la UPV e investigador principal del proyecto, explica 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 nuevo desarrollo alcanza tiempos de conmutación de aproximadamente 80 nanosegundos, una cifra muy inferior a la de los sistemas termoópticos convencionales utilizados actualmente en fotónica integrada.

Equipo investigador del chip fotónico.

Según Cristina Catalá, primera firmante del artículo y actualmente investigadora postdoctoral en la Universidad de Twente, “en velocidad de sintonización mejora más de dos órdenes de magnitud la tecnología actual, lo que permite su empleo en aplicaciones que requieren muy altas velocidades de cambio, como por ejemplo en la provisión de rutas de interconexión alternativas en centros de datos en casos de fallo”.

El chip funciona como un auténtico microprocesador de luz. A diferencia de los sistemas electrónicos convencionales, procesa señales ópticas y puede reconfigurarse para ejecutar diferentes funciones sin necesidad de mantener un suministro energético constante para conservar su programación.

Daniel Pérez, CTO de iPronics, empresa surgida del ecosistema investigador de la UPV y participante en el proyecto, destaca 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 capacidad permite superar uno de los principales retos de la fotónica integrada programable: el elevado consumo energético y la generación de calor cuando aumenta la complejidad de los circuitos. En las tecnologías actuales basadas en efectos termoópticos, cada elemento programable requiere energía constante, lo que dificulta la integración de miles de componentes en un mismo chip.

Entre las aplicaciones previstas para esta tecnología se encuentran las comunicaciones 6G, los centros de datos, la inteligencia artificial, el internet de las cosas (IoT), los sistemas de sensorización avanzada, la medicina de precisión, la computación fotónica y las tecnologías cuánticas. Todos estos ámbitos comparten la necesidad de procesar volúmenes crecientes de información con una eficiencia energética cada vez mayor.

José Rausell, investigador del PRL-iTEAM de la Universitat Politècnica de València, señala que “frente a los chips electrónicos convencionales, nuestro sistema permite manipular información mediante luz, reduciendo pérdidas y abriendo nuevas posibilidades para las futuras arquitecturas de computación”.

El proyecto ha contado también con la participación de la empresa iPronics Programmable Photonics, la compañía suiza Lumiphase AG, el centro francés CEA Leti —uno de los principales fabricantes europeos de chips fotónicos de silicio— y la University of West Attica, en Grecia.

Además, este desarrollo forma parte de los resultados obtenidos en el proyecto europeo NEoteRIC, centrado en la aplicación de la fotónica programable en entornos biomédicos, así como de las iniciativas financiadas por el Consejo Europeo de Investigación (ERC) Advanced Grant ANBIT y ERC Starting Grant LS-Photonics, orientadas a la computación fotónica y al escalado de circuitos fotónicos programables.