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Combinación de silicio y fotónica

Un equipo de investigadores de la Unión Europea ha combinado los chips de silicio convencionales con elementos fotónicos. La investigación incluyó el diseño de nuevas fuentes de fotones y conmutadores ópticos rápidos, con eficiencias mejoradas en más de un 90 %.
Combinación de silicio y fotónica
Las tecnologías de comunicaciones mediante fotónica utilizan fotones y fibras de vidrio de forma análoga a como los dispositivos electrónicos utilizan electrones y cables. Aunque haya tenido un gran éxito, el campo sigue enfrentándose a retos como la combinación de tecnologías ópticas con chips de silicio.

El proyecto QUIPS (Quantum ultrafast integrated photonics in silicon), financiado por la Unión Europea, adaptó el silicio como material para circuitos fotónicos cuánticos integrados. En este trabajo, extremadamente técnico, se desarrollaron nuevas fuentes de fotones y conmutadores ópticos ultrarrápidos.

En primer lugar, el equipo desarrolló un diseño para el conmutador óptico. Los resultados fueron alentadores, a pesar de que, inicialmente, se puso de manifiesto que las instalaciones láser disponibles para los investigadores del proyecto no eran adecuadas. El grupo estudió varias soluciones, entre ellas: utilizar materiales distintos al silicio y métodos para evitar o reducir las pérdidas no lineales. Finalmente, el equipo eligió una forma alternativa de obtener un efecto electroóptico para la que fue necesario un nuevo proceso para obtener titanato de bario (BTO).

El método era económico y escalable y permitía depositar láminas delgadas. Las pruebas del material fueron satisfactorias. El grupo también desarrolló formas de integrar el BTO con una guía de ondas de silicio y mejorar el coeficiente electroóptico. El método dio lugar a una técnica de conmutación rápida y con pérdidas reducidas que funcionaba a temperaturas criogénicas.

En una fase posterior se modificó el diseño del sistema para controlar los fotones. El equipo demostró la viabilidad del diseño en el dominio de la óptica clásica y en el régimen de un solo fotón. Para la investigación se necesitaban fotones en un solo ancho de banda, así que se desarrolló un dispositivo capaz de generarlos. Al finalizar el proyecto se estaban preparando distintas demostraciones.

Otras pruebas confirmaron que, con las nuevas tecnologías, se obtiene una eficiencia mayor que el 90 %. Así pues, se demostró que los sistemas son robustos y adecuados para la finalidad deseada.

El proyecto QUIPS combinó con éxito la fotónica con circuitos convencionales de silicio. El trabajo captó una atención considerable en el campo y puede ser un paso adelante hacia la computación cuántica de rendimiento sumamente elevado.

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Palabras clave

Fotónica, chips de silicio, QUIPS, cuántico, fotones, conmutadores
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