Un equipo internacional de científicos de la Universidad Nacional de Seúl y la Universidad de Seúl ha presentado un revolucionario chip fotónico programable capaz de ralentizar la luz a voluntad. El desarrollo allana el camino para un cambio decisivo en la computación óptica: en lugar de las señales eléctricas tradicionales, se pueden utilizar ondas de luz, que son mucho más rápidas y requieren solo una pequeña cantidad de energía adicional.
La investigación fue liderada por los profesores Namkyoo Park y Sungkyu Yu de la Universidad Nacional de Seúl (Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática) junto con el profesor Xianji Piao de la Universidad de Seúl. Dos jóvenes científicos desempeñaron un papel importante en el desarrollo: el Dr. Seungkyun Park (Universidad Nacional de Seúl y Centro de Innovación PICORE en KAIST) y el estudiante de posgrado Bomjun Chae (Universidad Nacional de Seúl), quienes desarrollaron la base teórica de la investigación. Su trabajo se publica en la revista Advanced Science bajo el título "Fully Programmable Slow Light Based on the Spinorial Representation of Generalized Coupled-Resonator Optical Waveguide Transparency".
El problema de los sistemas ópticos es conocido desde hace mucho tiempo: la luz, por definición, se mueve demasiado rápido y no es fácil de controlar. Para sincronizar señales, almacenar datos en búfer y crear memoria en sistemas de computación óptica, se requieren retrasos temporales controlables. Los dispositivos tradicionales basados en el efecto de transparencia inducida por resonadores acoplados (CRIT) fijaban sus características en la etapa de producción, y no era posible reconfigurarlos posteriormente.
Los científicos propusieron un enfoque fundamentalmente nuevo. En lugar de una construcción estática, combinaron dos estados ópticos —modos brillante y oscuro de los resonadores— en un único grado de libertad y agregaron elementos de acoplamiento en bucle controlables. La innovación principal: el uso de la representación espinorial (una descripción matemática de la mecánica cuántica) permitió obtener un conjunto completo de grados de libertad para la sintonización. El resultado: el chip se puede reconfigurar dinámicamente, incluso después de su fabricación y durante su funcionamiento.
El chip programable no solo controla la velocidad de propagación de la luz, sino también el ancho de banda, la forma de la señal óptica, la eficiencia de transmisión y las características de frecuencia. La simulación numérica en una plataforma de nitruro de silicio (un material estándar de la fotónica de silicio) demostró la alta resistencia del dispositivo a las interferencias reales: pérdidas ópticas, dispersión de parámetros tecnológicos y efectos térmicos.
Si la tecnología se comercializa, un solo microchip de este tipo podrá realizar simultáneamente varias funciones, desde la regulación de los retrasos de las señales hasta la conversión de frecuencia, actuando como un sistema óptico programable. Esto podría reducir drásticamente el consumo de energía de los centros de datos y los servidores de inteligencia artificial, que ya requieren una potencia colosal, y hacer que el equipo óptico sea más compacto y económico.
El profesor Namkyoo Park enfatizó que el nuevo principio de diseño que utiliza la representación espinorial aumenta significativamente la flexibilidad de los circuitos integrados fotónicos y permite reconfigurar el flujo de luz según sea necesario. Los autores planean desarrollar la tecnología hacia sistemas a gran escala basados en fotónica de silicio y sus híbridos con tecnologías de inteligencia artificial fotónica, un campo que apenas está comenzando a revelar su potencial.
Los coautores de la investigación, el Dr. Seungkyun Park y el estudiante de posgrado Bomjun Chae, añadieron que la reconsideración de la física de los resonadores ópticos desde una nueva perspectiva abre las puertas a funcionalidades que antes no se habían contemplado. El trabajo recibió el apoyo del Ministerio de Ciencia y Tecnologías de la Información y Comunicación de Corea del Sur a través de programas de centros de investigación innovadores, laboratorios de investigación básica y un programa para jóvenes investigadores.
