Il dispositivo, basato su silicio e titanato di bario, anticipa le esigenze del mercato nei prossimi tre o quattro anni e apre la strada a un'elaborazione ottica più veloce ed efficiente.
“Il chip incorpora un sintonizzatore ad alta velocità che può anche essere non volatile, ovvero non necessita di un'alimentazione costante. Ciò consente di ridurre esponenzialmente il consumo energetico rispetto ai circuiti attuali”, sottolinea José Capmany, direttore del PRL-UPV e responsabile scientifico del progetto, pubblicato sulla rivista Nature Photonics.
Inoltre, raggiunge tempi di commutazione dell'ordine di 80 nanosecondi, significativamente più veloci rispetto ai tradizionali sistemi termo-ottici. "In questo modo, la sua velocità di sintonizzazione è di oltre due ordini di grandezza superiore alla tecnologia attuale, consentendone l'utilizzo in applicazioni che richiedono velocità di commutazione molto elevate, come ad esempio la fornitura di percorsi di interconnessione alternativi nei data center in caso di guasto", aggiunge Cristina Catalá, prima autrice dell'articolo e attualmente ricercatrice post-dottorato presso l'Università di Twente
Tra le principali applicazioni di questo nuovo chip figurano le comunicazioni 6G, i data center, l'intelligenza artificiale, l'Internet delle cose, i sensori, la medicina avanzata, il calcolo fotonico e le tecnologie quantistiche. In tutti questi settori, secondo il dipartimento di Prevenzione dei rischi professionali dell'UPV, la necessità di elaborare più informazioni con un minore consumo energetico è in costante aumento.
Funziona come un microprocessore leggero
Il dispositivo funziona come una sorta di "microprocessore leggero": può essere riconfigurato per svolgere diverse attività, ma anziché elaborare segnali elettrici, lavora con segnali ottici. La chiave del suo sviluppo risiede nell'utilizzo di una piattaforma ibrida di silicio e titanato di bario, un materiale ferroelettrico in grado di mantenere il suo stato programmato.
“A differenza dei sistemi fotonici convenzionali, che richiedono un'alimentazione continua per mantenere una configurazione, questo chip può ‘ricordare’ il circuito programmato senza un'alimentazione costante”, spiega Daniel Pérez, CTO di iPronics, una società spin-off dell'UPV che ha partecipato allo studio. Questa caratteristica gli consente di superare uno dei principali ostacoli della fotonica integrata programmabile: il consumo energetico e il calore generato durante la miniaturizzazione dei circuiti.
“Nelle tecnologie attuali, basate su effetti termo-ottici, ogni elemento programmabile richiede un consumo energetico costante, il che rende difficile la progettazione di chip con migliaia di componenti. Il nuovo dispositivo riduce questo consumo energetico statico praticamente a zero. Rispetto ai chip elettronici convenzionali, il nostro sistema permette di manipolare le informazioni utilizzando la luce, riducendo le perdite e aprendo nuove possibilità per le future architetture di calcolo”, conclude José Rausell, membro del team PRL.
Insieme al team del PRL, hanno partecipato al suo sviluppo anche ricercatori di iPronics Programmable Photonics SL, nata dai laboratori iTEAM-UPV; dell'azienda svizzera Lumiphase AG e dell'azienda francese CEA Leti, uno dei principali produttori di chip fotonici al silicio in Europa; e dell'Università dell'Attica Occidentale, in Grecia.
Lo sviluppo di questo nuovo chip è uno dei risultati di NEoteRIC, il primo progetto europeo ad applicare la fotonica programmabile (che funziona con le onde luminose) alle applicazioni biomediche, una "tecnologia dirompente che promette di rivoluzionare molti settori, tra cui la diagnostica medica". Il progetto rientra inoltre nell'ambito dei progetti ERC Advanced Grant ANBIT e ERC Starting Grant LS-PHOTONICS, che si occupano rispettivamente dell'applicazione della fotonica programmabile all'informatica e della miniaturizzazione dei circuiti fotonici programmabili.
Informazioni sul Photonics Research Lab
Il Photonics Research Lab (PRL) è un gruppo del Politecnico di Valencia (UPV) che promuove progetti scientifici di reale impatto, applicando la fotonica e l'ottica a settori strategici come le telecomunicazioni, la mobilità, la biomedicina e l'industria.
Composto da oltre 50 ricercatori, il PRL è un gruppo multidisciplinare impegnato in una scienza che trascende il laboratorio, generando soluzioni che migliorano i processi, aumentano la competitività e apportano benefici diretti alla società.
