Años luz por delante: el chip avanzado que da forma a un futuro tecnológico ultrarrápido

La investigación dirigida por la Universidad de Monash, RMIT y la Universidad de Adelaide ha desarrollado un método preciso para controlar circuitos ópticos en circuitos integrados fotónicos del tamaño de una uña.

El desarrollo, publicado en la revista Óptica se basa en el trabajo del mismo equipo que recientemente creó el primer chip fotónico autocalibrado del mundo.

La fotónica, o el uso de partículas de luz para almacenar y transmitir información, es un campo floreciente que respalda nuestra necesidad de crear una tecnología más rápida, mejor, más eficiente y más sostenible.

Los circuitos integrados fotónicos programables (PIC) ofrecen diversas funciones de procesamiento de señales dentro de un solo chip y presentan soluciones prometedoras para aplicaciones que van desde comunicaciones ópticas hasta inteligencia artificial.

Ya sea descargando películas o manteniendo el rumbo de un satélite, la fotónica está cambiando radicalmente la forma en que vivimos, revolucionando la capacidad de procesamiento de equipos a gran escala en un chip del tamaño de una uña humana.

A principios de este año, investigadores de la Universidad de Monash, RMIT y la Universidad de Adelaide desarrollaron un circuito fotónico avanzado que podría transformar la velocidad y la escala de la tecnología fotónica. Sin embargo, a medida que crece la escala y la complejidad de los PIC, la caracterización y, por lo tanto, la calibración de los mismos se vuelve cada vez más desafiante.

«Hemos agregado una ruta de referencia común al chip, que permite mediciones estables y precisas de las longitudes (fases, retrasos de tiempo) y las pérdidas de las rutas del ‘caballo de batalla'», dice el investigador de la Universidad de Monash, el profesor Mike Xu.

«Al inventar un nuevo método, el método de retardo fraccional, hemos podido separar la información deseada de la no deseada para aplicaciones más precisas».

Anteriormente, los chips se medían/calibraban conectándolos a equipos externos complejos y costosos (llamados analizadores de redes vectoriales); sin embargo, las conexiones al mismo introducen errores de fase, provocados por vibraciones y cambios de temperatura. Al poner la referencia en el chip real, la medición es inmune a estos errores de fase.

«En nuestro trabajo anterior, usamos el método ‘Kramers Kronig’ para eliminar errores no deseados de las medidas deseadas, pero el método fraccional requiere mucha menos potencia óptica para la calibración con una precisión dada», dice el profesor Arthur Lowery, ARC Laureate Fellow del Departamento de Ingeniería en Sistemas Eléctricos y Computacionales en la Universidad de Monash.

«Esto significa que podemos obtener mediciones confiables del estado del chip, por lo que podemos programarlo con precisión para una aplicación deseada, como el reconocimiento de patrones en una computadora óptica o la obtención de capacidad adicional de una red de comunicaciones óptica».

Este trabajo complementa una investigación iniciada en 2020 con el desarrollo de un nuevo chip micropeine óptico, que fue capaz de transferir 30 terabits por segundo, tres veces el récord de datos de toda la Red Nacional de Banda Ancha.

En la próxima fase de desarrollo, dentro del recién anunciado Centro de Excelencia ARC para Microcombs Ópticos y Ciencia Innovadora (COMBS), este equipo de investigación explorará cómo los chips fotónicos pueden usar muchas longitudes de onda para lograr un procesamiento de información ultrarrápido e inteligencia artificial.

«La complejidad de los circuitos integrados fotónicos está aumentando rápidamente, lo que requiere un gran avance para poder calibrarlos y controlarlos. La técnica que desarrollamos supera este desafío, asegurando que los circuitos se puedan usar de manera sólida para aplicaciones como el reconocimiento de patrones», dice el Dr. Andy Boes de la Universidad de Adelaida.