Nova teoria d'informació per a la computació del futur

Un equip d'investigació de la Universitat Politècnica de València (UPV) i en col·laboració amb la Universitat de Vigo, coliderat pels investigadors José Capmany i Andrés Macho, ha desenvolupat i demostrat experimentalment els fonaments d'una nova teoria de la informació basada en la llum, denominada informació fotònica analògica (Analog Photonic Information, API). Els resultats s’acaben de publicar en Advanced Photonics, una de les revistes científiques de major impacte internacional en l'àmbit de la fotònica.

El treball suposa un avenç significatiu en el desenvolupament de nous paradigmes de computació, en un context en el qual l'electrònica digital tradicional s'acosta als seus límits físics i energètics. La investigació demostra que és possible realitzar computació avançada utilitzant circuits fotònics integrats programables, és a dir, xips fotònics o xips de llum, amb una elevada tolerància a errors i un consum energètic molt inferior al de les tecnologies actuals.

“La ciència computacional ha depès històricament de l'electrònica digital, però aquesta tecnologia està arribant als seus límits. Amb API proposem una manera radicalment distinta de processar informació, utilitzant la llum com a suport físic”, explica José Capmany, investigador de l'Institut iTEAM de la UPV. “El nostre objectiu és augmentar significativament la potència de computació i la quantitat d'informació processable utilitzant els mateixos recursos”.

Del bit digital a l’”anbit” fotònic

La base d'aquesta nova teoria és una unitat d'informació alternativa al bit digital, denominada bit analògic o “anbit” (acrònim en anglès d'analog bit). A través d'aquest nou concepte, l'equip demostra que es poden transmetre i processar entre deu i cent vegades més informació que amb els sistemes electrònics digitals tradicionals, sense necessitat d'augmentar l'amplada de banda ni la complexitat del maquinari.

“Quan volem transmetre informació complexa és fonamental codificar-la eficientment”, assenyala l'investigador de l'iTEAM Andrés Macho. “La tecnologia fotònica que desenvolupem ens permet transportar molta més informació utilitzant els mateixos recursos, i a més amb un cost energètic considerablement menor, ja que la llum és una font molt més eficient que l'electrònica”.

Alta tolerància a errors sense sobrecostos de correcció

Un dels resultats més rellevants de l'estudi és que les arquitectures de computació fotònica analògica en xip (APC) basades en API no requereixen grans sobrecostos de correcció d'errors, la qual cosa facilita la seua escalabilitat a curt i mitjà termini. Fins i tot en presència de soroll i imperfeccions pròpies dels dispositius òptics, el sistema manté un rendiment elevat.

A diferència d'altres enfocaments tradicionals, API no es basa en la redundància de la informació, sinó en estratègies d'estimació i compensació d'errors. “Això permet caracteritzar les imperfeccions del maquinari una sola vegada i corregir-les a nivell de dispositiu”, assenyala l'investigador Andrés Macho.

L'estudi mostra a més que aquestes arquitectures poden superar la quantitat mitjana d'informació processada i recuperada en sistemes bàsics de computació quàntica, i mantenir un funcionament robust davant del soroll, la qual cosa reforça el seu potencial com a alternativa realista per a aplicacions futures.

Un nou paradigma entre el clàssic i el quàntic

Des del punt de vista teòric, la informació fotònica analògica comparteix elements amb els sistemes clàssics, però introdueix característiques inspirades en la superposició d'estats quàntics, encara que es diferencia clarament de la computació quàntica al no destruir aquesta superposició d'estats en el receptor del sistema d'informació.

A més de la computació, API també obri noves possibilitats en l'àmbit de les comunicacions òptiques, en poder integrar-se amb sistemes de fibra per a millorar l'eficiència espectral i permetre el processament de senyal directament en el propi mitjà de transmissió.

Pròxims reptes

La investigació planteja diverses línies futures, com una millor caracterització del soroll, el desenvolupament de convertidors optoelèctrics d'anbits més avançats, l'extensió del model a sistemes amb múltiples anbits i la definició de mètriques universals que permeten comparar API amb altres paradigmes com el digital o el quàntic.

“La validació definitiva requerirà demostracions experimentals a gran escala”, conclou Capmany, “però els resultats obtinguts apunten clarament a un possible canvi de paradigma a llarg termini en computació i processament de la informació”.

L'article complet està disponible en la revista Advanced Photonics:

Mascle Ortiz, A., López March, R., Martínez Carrasco Romero, P., Frare Peláez, F. J., & Capmany, J. (2026). Analog programmable-photonic information. Advanced Photonics, 8(3), 036002. https://doi.org/10.1117/1.ap.8.3.036002