Fotónica integrada de microondas

La revista Nature Photonics, del grupo Nature, ha señalado al Photonics Research Lab del Instituto de Telecomunicaciones y Aplicaciones Multimedia (iTEAM) de la Universitat Politècnica de València (UPV) como referencia internacional en el campo de la fotónica integrada de microondas al seleccionarlo junto a otros dos equipos, pertenecientes a las universidades de Twente (Países Bajos) y Ottawa (Canadá), para publicar el primer análisis sobre los hitos alcanzados en el ámbito, claves para el desarrollo de chips cada vez más eficientes y con mejores prestaciones.

En concreto, Nature Photonics eligió a los investigadores que lideran los citados grupos de investigación, José Capmany (UPV), David Marpaung (Universidad de Twente) y Jianping Yao (Universidad de Ottawa), para que indicasen los avances más destacados del campo durante el último lustro.

Una evolución "exponencial"

Según Capmany, "la fotónica integrada de microondas ha experimentado un avance exponencial en este tiempo. Se ha multiplicado por 10 el número de componentes integrados en los chips; se ha reducido también drásticamente su consumo de potencia, pasando de los 200 miliwatios hace cinco años, a los 50 actuales; y a ello se suma el incremento de las funcionalidades y la programabilidad de los chips".

Concretando el análisis por centros, cabe destacar que las investigaciones llevadas a cabo desde los laboratorios de la Universidad de Twente han permitido desarrollar avances fundamentales para mejorar el funcionamiento de los satélites de comunicaciones y aplicaciones RADAR.

"El grupo de David Marpaung", afirma Capmany, "ha conseguido un filtrado de muy alto nivel de rechazo utilizando fotónica no lineal. La integración de estos materiales no lineales permite eliminar drásticamente las señales espúreas en los equipos de telecomunicaciones, haciéndolos así más robustos frente a las interferencias".

Mientras, en la Universidad Ottawa, el principal hito ha sido el desarrollo de avanzados chips para funcionalidades concretas, optimizando al mismo tiempo su rendimiento. "Su grupo trabaja fundamentalmente en fotónica de silicio, y ha conseguido desarrollar circuitos de propósito específico para prácticamente todas las aplicaciones de fotónica de microondas. Por ejemplo, hace cinco años no había osciladores optoelectrónicos integrados o filtros multietapa, y sus investigaciones han permitido el desarrollo de estos equipos", destaca Capmany.

En cuanto al Photonics Research Lab (iTEAM-UPV), su investigación se ha centrado en la fotónica programable y, entre sus últimos logros, destacan la primera demostración de un chip programable multifunción y el desarrollo de un avanzado método para el análisis y la configuración a la carta de circuitos fotónicos que permiten anticipar los posibles fallos de un chip y "reducir su impacto" en la fase de diseño.

Según explica el investigador de la UPV, estos avances suponen un "paso de gigante" porque abren las puertas a poder utilizar estos chips en aplicaciones precomerciales, "por ejemplo, para comunicaciones 5G, cargas de satélites y aplicaciones que exijan una cierta movilidad, como la conducción autónoma".

Computación neuromórfica y cuántica

En su artículo, los tres investigadores señalan también los principales retos a los que se enfrenta este campo para los próximos años. Entre ellos, seguir reduciendo el consumo de potencia de los chips (en este caso fijando el objetivo en los 5 miliwatios); simplificar más si cabe el diseño y el desarrollo de los circuitos, utilizando una única plataforma tecnológica para poder integrar todos los componentes activos y pasivos de un chip; o aumentar la potencia de procesamiento de los circuitos.

"Uno de los grandes retos", concluye Capmany, "será la integración de sistemas mixtos analógicos-digitales. La parte analógica, realizada mediante fotónica, es la que va a habilitar la posibilidad de realizar computación utilizando inteligencia artificial y técnicas de machine learning de muy alta velocidad, claves para las aplicaciones en computación neuromórfica y computación cuántica".