Ilustración de la arquitectura de enlace digital a analógico electroóptico fotónico integrado (EO-DIAL). Crédito: Loncar Group / Harvard Seas
Al dirigirse a un obstáculo importante en los sistemas de procesamiento de señales y computación fotónica de próxima generación, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) han creado un dispositivo que puede cerrar señales electrónicas digitales y señales de luz analógica en un paso de fluido.
Construido en chips hechos de niobato de litio, el material de los caballos de batalla de la optoelectrónica, el nuevo dispositivo ofrece un reemplazo potencial para las ubicuas pero intensivas de conversión digital a analógico y los sistemas de modulación electroóptica utilizados en todas las redes de datos de alta velocidad de hoy.
“La comunicación óptica y la computación de alto rendimiento, incluidos los modelos de idiomas grandes, se basan en la conversión de cantidades masivas de datos entre el dominio eléctrico, utilizado para el almacenamiento y el cálculo, y el dominio óptico utilizado para la transferencia de datos”, dijo el autor senior Marko Lončar, el profesor de ingeniería eléctrica de Tiantsai.
“Para que las tecnologías fotónicas se integren sin problemas con las electrónicas, las interfaces entre ellas deben ser rápidas y eficientes en energía”.
La investigación se publica en Fotónica de la naturaleza.
Los cuellos de botella de la computación fotónica de hoy
Hoy, los convertidores electrónicos digitales a analógicos, seguidos de moduladores electroópticos, logran la tarea de convertir señales electrónicas digitales en señales fotónicas analógicas, un proceso que sustenta los sistemas transceptor modernos en los centros de datos. Pero este flujo de trabajo a menudo es complejo, multifiente y puede ser intensivo en energía.
La ilustración de un artista del convertidor digital a analógico electroóptico, que representa la transferencia de información de alta velocidad entre la electrónica y la óptica. Crédito: Second Bay Studios.
“Cuando estás calculando con luz, toda la energía que estás ahorrando, toda la velocidad que estás obteniendo, tiende a ser compensada por estas cajas electrónicas grandes, costosas e ineficientes que necesitas para tomar ceros y los que los convierten en una ola sine ola, una onda triangular o una forma de onda significativa”, explicó el cofres al autor YunxiANG Song, el estudiante de posgrado en el Lončar Lab.
“Estas cosas son en realidad el cuello de botella en muchos tipos de computación fotónica … Entonces, la pregunta era: ¿podemos diseñar algún tipo de modulador fotónico novedoso que evita la necesidad de estos convertidores electrónicos digitales a analógicos?”
El nuevo dispositivo Harvard ofrece exactamente eso. Haciendo uso de las propiedades electroópticas eficientes del niobato de litio de película delgada, puede convertir las entradas electrónicas puramente digitales en señales ópticas analógicas a velocidades de información que alcanzan hasta 186 gigabits por segundo, un orden de magnitud más rápido que las velocidades de Internet del hogar típicas.
El dispositivo también podría habilitar los avances en la fotónica de microondas, por ejemplo en comunicaciones inalámbricas o de radar, ya que se puede combinar con la fotodetección para realizar una conversión óptica a electrónica para crear señales de radiofrecuencia.
Finalmente, los enfoques emergentes de computación óptica, o la computación con luz en lugar de electrones, son de gran interés porque los fotones tienen el potencial de procesar datos en paralelo y de manera más eficiente que la electrónica convencional.
“Nuestro trabajo tiene el potencial de abordar el cuello de botella actual de informática e interconexiones de datos, particularmente en las tecnologías de IA”, dijo el co-primero autor Yaowen Hu, ex investigador postdoctoral en Harvard Seas y ahora profesor asistente en la Universidad de Pekín.
Demostración del proceso de fundición similar al silicio
Para demostrar que su dispositivo maneja los datos con precisión y velocidad, lo probaron codificando ópticamente imágenes del conocido conjunto de datos MNIST, típicamente utilizado para comparar los sistemas de computación fotónica.
El dispositivo de los investigadores fue fabricado utilizando un proceso de fundición de litio niobato, desarrollado por Harvard Startup Hyperlight Corporation, que refleja lo que existe para los chips de silicio, que hoy se encuentran en cada teléfono y computadora y sobre la cual se construyó la revolución digital.
Por lo tanto, el equipo mostró no solo que el dispositivo funciona para su aplicación particular, sino también que pueden hacerlo de una manera de alto volumen y de bajo costo, allanando aún más el camino para nuevas tecnologías fotónicas que pueden complementar la fotónica de silicio.
Más información: enlace integrado de digital a análogo electroóptico para computación eficiente y generación de forma de onda arbitraria, Nature Photonics (2025). Dos: 10.1038/s41566-025-01719-9
Proporcionado por Harvard John A. Paulson Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas
Cita: digital a analógico en un paso suave: el dispositivo podría reemplazar los moduladores de señal en las redes de fibra óptica (2025, 25 de agosto) recuperado el 25 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-digital-analog-smooth-device-modulators.html
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