es.wedoany.com Noticia: Un equipo de investigación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Seúl ha desarrollado un chip fotónico integrado programable que permite controlar la velocidad de la luz bajo demanda, ofreciendo una nueva vía para resolver el desafío del "almacenamiento en caché óptico" en el campo de la computación óptica.
Liderado por el profesor Namkyoo Park y el profesor Sunkyu Yu, del Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computación de la Universidad Nacional de Seúl, en colaboración con el profesor Xianji Piao del mismo departamento, el equipo publicó estos resultados en la revista Advanced Science. La investigación busca abordar el aumento de la demanda computacional impulsado por el desarrollo de la inteligencia artificial generativa y los grandes modelos, así como los cuellos de botella de los semiconductores electrónicos tradicionales en términos de consumo energético y velocidad de transmisión de datos. Dado que la velocidad de la luz es fija, lograr el almacenamiento en caché y la retención de señales ópticas en un chip ha sido un desafío fundamental de larga data para la tecnología de computación óptica.
El equipo propuso un esquema de chip fotónico integrado programable capaz de controlar libremente la velocidad de propagación y la forma de onda de las señales ópticas. Basándose en este esquema, el equipo logró un control de "luz lenta" con un mayor grado de libertad en comparación con las soluciones existentes.
Los dispositivos tradicionales de transparencia inducida por resonadores de acoplamiento (CRIT), una vez fabricados, tienen características de funcionamiento fijas y no pueden reconfigurarse para lograr diferentes retardos o bandas de frecuencia de trabajo. Para superar esta limitación, el equipo de investigación unificó el modo brillante y el modo oscuro en el sistema CRIT en un único grado de libertad controlable, e introdujo dos conjuntos de acopladores anulares controlables, estableciendo un nuevo criterio de diseño para chips fotónicos integrados programables. Mediante esta estructura, el equipo logró un control del retardo de la ruta óptica bajo demanda y confirmó que el efecto de interferencia entre el modo brillante y el modo oscuro puede utilizarse como un parámetro de diseño integrado unificado, mejorando significativamente el grado de libertad de diseño.
El equipo de investigación confirmó que, con la ayuda de los acopladores de doble anillo, es posible controlar de forma independiente, desde un punto de vista teórico, el ancho de banda de la banda de paso, la forma de onda, así como las características de retardo y transmisión de la señal. Los resultados de la simulación numérica también mostraron que el chip puede ajustar dinámicamente la velocidad de propagación de los pulsos de luz en tiempo real durante su funcionamiento, controlar libremente el retardo de la señal óptica sin perder rendimiento en el procesamiento de señales, y completar la conversión del espectro óptico. El equipo también verificó, mediante simulaciones electromagnéticas tridimensionales, que este dispositivo CRIT puede fabricarse sobre una plataforma de chip fotónico integrado de nitruro de silicio (Si₃N₄) y que sigue funcionando de manera estable incluso después de considerar factores de interferencia reales como la pérdida de material, la desviación del factor de calidad del resonador, la retrodispersión, la fluctuación del coeficiente de acoplamiento, el error de fase del acoplador anular y la diafonía térmica.
La plataforma de chip fotónico integrado programable presentada en esta investigación puede integrar funciones centrales como la sincronización de la temporización de señales, líneas de retardo variables, almacenamiento en caché óptico y conversión espectral en una única arquitectura de chip. Este enfoque de diseño no se limita al sistema CRIT, sino que puede extenderse a todos los circuitos fotónicos basados en resonadores, con el potencial de convertirse en la tecnología central subyacente de próxima generación para el procesamiento de señales ópticas que permita un control flexible de la transmisión de luz. Si se comercializa, este chip podría reducir el consumo energético de los centros de datos y los servidores de IA, y mejorar la eficiencia del procesamiento de datos.
El profesor Namkyoo Park, coautor de correspondencia del artículo, indicó que el equipo, basándose en tecnologías de silicio fotónico y fotónica de IA, ampliará este esquema a chips fotónicos integrados programables a gran escala. El Dr. Seungkyun Park, primer coautor, y el estudiante de doctorado Beomjoon Chae añadieron que esta investigación les hizo comprender que interpretar los mecanismos físicos tradicionales de los fotones resonantes desde una perspectiva diferente puede descubrir nuevas funcionalidades para los chips fotónicos integrados, y que en trabajos futuros llevarán a cabo la fabricación de dispositivos físicos y la verificación experimental.
