Científicos han usado un algoritmo de inteligencia artificial para diseñar tres componentes de microchips fotónicos hasta 500 veces más pequeños que las versiones convencionales. Los investigadores describieron los resultados como "más allá de la intuición humana".
Los chips fotónicos mueven y procesan datos usando partículas de luz en lugar de electrones. Pueden transportar más datos a mayor velocidad y desperdiciar menos energía en forma de calor, lo que los hace útiles para redes de fibra óptica, centros de datos, sistemas de inteligencia artificial, lidar y computación cuántica.
En lugar de cables metálicos, estos chips usan canales de micrómetros de ancho llamados guías de onda para dirigir la luz. También necesitan divisores de longitud de onda, clasificadores de modo espacial y espejos para separar y dirigir patrones de luz dentro de un espacio menor que el ancho de un cabello humano.
Trabajar hacia atrás para hallar un diseño
El equipo, liderado por investigadores del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz junto con la Universidad de Harvard, indicó al algoritmo qué querían que hicieran los componentes con la luz y fijó límites de fabricación, como cuánto podían curvarse las nanoestructuras. El algoritmo trabajó entonces hacia atrás, probando y refinando diseños hasta hallar estructuras que cumplieran el objetivo.
"El diseño inverso nos permite definir qué queremos que haga la luz, y la optimización encuentra una estructura que lo hace, a menudo una que ningún humano habría dibujado", dijo el primer autor, Toby Bi. Añadió que el mismo marco resolvió tres tareas distintas en un chip: dirigir la luz por longitud de onda, clasificarla por modo espacial y actuar como espejos compactos que forman cavidades ópticas.
Piezas más pequeñas, más espacio en el chip
Los espejos, de unos 11 micrómetros de largo, reflejaban hasta el 98,5% de la luz entrante y bloqueaban patrones no deseados. La luz rebotaba entre un par de ellos más de 100 veces antes de escapar. El divisor de longitud de onda tiene aproximadamente el tamaño de una bacteria, unos 5 micrómetros, y el clasificador de modo es algo mayor.
Los componentes se fabricaron con nitruro de silicio de unos 400 a 800 nanómetros de grosor, frente a los 150 a 400 nanómetros del silicio estándar, lo que reduce la pérdida de luz y confina las longitudes de onda con más precisión. Los hallazgos se publicaron el 28 de mayo en Nature Communications.
El equipo aún no ha combinado las piezas en un circuito óptico integrado completo. Hacerlo es el siguiente paso hacia chips fotónicos plenamente funcionales que aprovechen la mayor densidad de componentes que permiten estos diseños.
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