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Francis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetfotónica reemplazando chips electrónicosimplementación de fotónica en satéliteschips súper pequeñitos dacastrorordenadores fotónicos vs microelectrónicosmicroelectrónica para necesidades actualesseñales ópticas en el trabajo de francis villatoroaplicaciones de la fotónica electromagnéticaoptoelectrónica y transducción de señalespérdida de velocidad en fotodiodosprocesamiento electrónico de señales ópticaserrores en la regeneración láserrepetidores optoelectrónicos fibra ópticafotónica avances diariossistema óptico transoceánicoordenadores personales y computación fotónicapc fotónico dacastroventajas inexistentes pc fotónicofotónica en satélitescomunicaciones móviles fotónicasmicroelectrónica robustez y toleranciafrancis villatoro microelectrónicafotónica lineal más prácticamateriales cómodos fotónica no linealintensidades altas roturas materialesDacastrorFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetrayos XNatureordenadores cuánticos fotónicos AuroraGoogleSycamore
Fotónica reemplazando chips electrónicos
Con
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Héctor Socas introduce una pregunta de un oyente llamado Dacastror sobre el estado actual de la fotónica y su potencial para reemplazar los chips electrónicos.
…sección nos recuerda a Xiao Fernández, nuestro joven oyente que llevaremos siempre al corazón. Bueno, hay varias preguntas que nos deja aquí la gente. Podemos empezar, si quieres Francis, por una que está bastante relacionada con esto que acabas de contar. pregunta Dacastror, no sé cómo se pronuncia, cómo quiere que pronunciemos, dice me encantaría que hablaran del estado actual de la fotónica, que es justo con lo que te quedaste al final, que estabas diciendo que estas tecnologías fotónicas pues empiezan a ser prometedoras. Bueno, a ver, fotónica para reemplazar los chips electrónicos. Había una empresa allí que justamente la charla que dieron era de implementación de fotónica en satélites, presentaban que podían ser unos chips súper pequeñitos. Sí, la pregunta es, me encantaría comentar el estado actual de la fotónica para reemplazar chips basados en electrónica. Bueno, A ver, son dos cosas distintas. En principio, claro, supongo que la idea subyacente de la pregunta es: ¿habrá algún día ordenadores fotónicos en lugar de ordenadores microelectrónicos? Y la respuesta es que probablemente no, ¿vale? No, no. O sea, para lo que queremos, ordenadores microelectrónicos, la microelectrónica funciona de escándalo; no necesitamos fotónica para nada. La fotónica lo que pasa es que tiene su nicho de aplicación; hay muchas aplicaciones en las que yo trabajo con señales ópticas. La fotónica es súper relevante e importantísima donde yo manejo señales ópticas, manejo dispositivos de microondas o de radio o de rayos X o de... donde yo necesite manejar señales electromagnéticas; lo ideal es la computación completamente electromagnética, completamente óptica. Entonces, porque las técnicas habituales de optoelectrónica en las que yo recibo la señal óptica, la transduzo, hago una transducción a electrónica, proceso electrónicamente la señal y la regenero con un fotodiodo, con un láser, regenero la señal, claro, implica no solo una pérdida de velocidad, sino que implica todo un proceso complejo y susceptible a errores, y Si yo lo tengo que hacer en un dispositivo, por ejemplo, en una fibra óptica transoceánica, tengo que poner repetidores optolectrónicos. Si se me falla uno, ¿qué hago? ¿Tengo que bajar ahí al fondo del océano a repararlo? Lo ideal serían sistemas completamente ópticos y eso está muy trabajado; la fotónica en el caso genérico es una cosa hoy en día enorme, se publica todos los días sobre fotónica y sobre avances y se está trabajando muchísimo, pero. Ya os digo, lo que quizás tenga en mente Dacastro, en mente que es, ¿mi PC algún día va a ser un PC fotónico? No. Eso, olvídalo, pero no tiene sentido; no tiene sentido, no hay ventajas, ninguna ventaja esperable, ni siquiera en un mundo de jauja imaginario, para sustituir lo que funciona perfectamente en Microelectrónica, cuando estamos trabajando con chorros ahora mismo de fotones, de miles de, perdón, de chorros de electrones, o así partículas de tipo electrón, de miles de electrones, sustituir, reemplazar eso con la misma robustez y tolerancia a fallos, etc. Con fotones no tiene sentido. La fotónica es muy relevante en tecnologías para satélites, en tecnologías de comunicaciones de todo tipo, en móviles; hacer ciertas cosas puramente de manera fotónica. Tiene sus ventajas y se está trabajando muchísimo en fotónica integrada, en fotónica a todas las escalas. Esto es un campo realmente enorme. Yo no soy experto, yo he tenido siempre mucho interés en la parte de óptica no lineal y la parte de aplicaciones en la fotónica no lineal; pero prácticamente casi todo lo que está en el mercado y que es útil y práctico es lineal, porque tecnológicamente es mucho más fácil. Los materiales son mucho más cómodos; la no linealidad requiere subir las intensidades, con lo que aparecen roturas, defectos, aparecen muchos problemas. La tecnología lineal va con intensidades mucho más bajas y se hace todo mucho mejor. Pero eso, se está trabajando mucho, pero que olvidemos el Tema de eso que parece dicho muchas veces, ¿no? Y en divulgación, ¿no? Algún día habrá ordenadores que funcionen todo completamente óptico, porque serán más rápidos. ¿Más rápido? No, no serán más rápidos. Es que van a haber fotones trabajando a lo que sea la…
Significado #1 · Palabras #1
Francis Villatoro explica cómo la interacción entre partículas de materia oscura y los núcleos atómicos genera una cadena de fotones o electrones observables.
Habla: Francis VillatoroPalabras #13interacción materia oscura protónfotones electrones materiales observablescadena de electrones chorro de fotones…Esos son, digamos, los detectores más precisos pero siempre en ese rango, tú eliges un material que sea muy fácil obtener una señal, básicamente con electrones cuando pega el petardazo la partícula de materia oscura contra un nucleón, contra un neutrón o Protón del núcleo del átomo, de hecho se puede explorar la posibilidad de que esa interacción sea dependiente del espín o no; es decir, que haya diferencia entre el golpear a un neutrón o golpear a un protón y entonces se mueve un poquito ese núcleo y claro los electrones que tienen a su alrededor también se mueven y esos electrones pues acaban ese movimiento en ciertos materiales acaba generando una cadenita o de fotones o de electrones que podemos observar. Una cadenita de electrones que acaba produciendo un chorro de fotones. Entonces hay ciertos materiales como el xenón, por ejemplo, en el que podemos ver incluso una doble señal. Una primera señal debido al golpeo y una segunda señal de algún electrón que escapa, que después choca contra uno de los átomos y acaba generando una…
Francis Villatoro aclara la diferencia entre el concepto de fotón en óptica y su aplicación en ordenadores cuánticos fotónicos Aurora, explicando que lo que se propaga en estos dispositivos son modos guiados, una especie de cuasipartículas hechas de fotones.
Habla: Francis VillatoroSignificado #8 · Palabras #11fotón en óptica y ordenadores cuánticosmodos guiados en ordenadores cuánticos fotónicos auroracuasipartículas tipo electrón en un sólidomodos guiados como cuasi partícula de fotones…línea que es la línea de la óptica lineal, el hecho de poder, la mecánica cuántica es básicamente una teoría lineal, entonces si tú en óptica cuántica que utilizas fotones, en óptica cuántica el concepto de fotón no tiene nada que ver con la partícula, ¿vale? O sea, cuando hablamos de fotón en una fibra óptica, en una guía de ondas, microintegrada, en un circuito óptico en plan chip, que son los que se utilizan en este tipo de ordenadores, lo que se propaga no es un fotón; lo que se propaga es lo mismo que en un sólido. No se propaga un electrón, cuando yo hablo de electrones en un sólido no hablo de electrones, hablo de cuasipartículas tipo electrón. Aquí en una guía lo que se propaga es un modo, un modo guiado; entonces, un modo guiado en cierto sentido, es una especie de cuasi partícula hecha de fotones. Pero esos modos guiados en ciertas circunstancias se comportan como objetos cuánticos y yo les llamo fotones. Entonces, cuando hablo de óptica cuántica, hablo de fotones ópticos. Se suele usar la palabra fotón sin ponerle ningún adjetivo, pero hay que tener…
Francis Villatoro explica cómo un equipo chino logró la supremacía cuántica el año siguiente a Google, utilizando ordenadores fotónicos para resolver un problema específico: el muestreo de bosones.
Habla: Francis VillatoroSignificado #17ordenadores fotónicos equipo chinomuestreo de bosones algoritmo concretosycamore google supremacía cuánticafotones entrelazados fibra óptica…con el tema de, ¿os acordáis de la, bueno, ahora hay que decir ventaja cuántica? En su momento se dijo supremacía cuántica, pero bueno, a los anglosajones les molesta la palabra supremacía, así que a nosotros no, nos molesta, pero bueno, ventaja cuántica. Cuando surgió la ventaja cuántica de Sycamore de Google, un ordenador con 54, perdón, 53 qubits útiles tenía 54 pero había uno que no funcionaba, lograron la supremacía cuántica. Justo el año siguiente se logró la supremacía cuántica, un equipo de chinos utilizando ordenadores fotónicos, utilizando un ordenador de propósito específico, un ordenador cuántico que resuelve un algoritmo, un problema concreto, que es el problema del muestreo de bosones. Es un muestreo gaussiano de bosones. Es un algoritmo concreto que se puede implementar usando fibra óptica y fotones en los que yo tengo dos canales, entonces yo cojo fotones, genero una pareja de fotones entrelazados. Los meto en dos guías que van paralelas y yo no sé dónde está cada fotón y yo puedo interferir ambos, hacer un interferómetro; puedo unir esas dos guías y entonces tengo las dos guías con una letra X. Se unen las dos guías en el vértice y continúan. Yo como…
Francis Villatoro explica cómo utiliza guías coplanares sobre un sustrato para crear circuitos ópticos integrados, comparándolo con la creación de circuitos electrónicos en chips.
Habla: Francis VillatoroSignificado #11 · Palabras #4guías coplanares sobre sustratocircuitos ópticos integrados micrométricosfotón óptico guía submicrométricalongitud de onda fotón guía…cuando yo los genero más o menos está equilibrado. Yo los desequilibrio y hago que el error en posición baje a costa de empeorar el error en momento lineal. Entonces con eso consigo esto: es relevante en este tiempo de tecnologías ópticas, cuando en lugar De utilizar fibra óptica, lo que utilizo son guías coplanares, guías puestas sobre un sustrato, es como los chips, lo comentaba Gastón, de crear circuitos electrónicos ahí, pues esto integrado, es óptica integrada. Los láseres me emiten básicamente infrarrojo, son tamaños micrométricos, y yo puedo integrar circuitos incluso submicrométricos, en los que realmente ese fotón óptico es más grande que la guía que lo guía. O sea, el fotón se está haciendo guiado por una estructura que es más pequeña que su longitud de onda. Pero esto funciona bastante bien. Y eso en óptica cuántica es muy útil porque eso te permite tener estos fotones ópticos que cubran todas las guías. Tienes 16 guías en paralelo y las longitudes de onda de esos fotones son tan grandes como lo que ocupan las 16 guías, pero están guiados por una cosa mucho más pequeña y Bueno, esta empresa desarrolló un ordenador que llamó X8, que tenía 8 modos estrechados en posición en la guía y era la novedad. Eso lo publicó en Nature en 2021. Después desarrolló un ordenador, un poquito más avanzado, que era X12, que tenía 12 modos. Fue…
Francis Villatoro explica que los chips utilizados en el ordenador cuántico fotónico son muy pequeños, lo que minimiza la distancia que recorre el fotón durante su operación y reduce las pérdidas.
Habla: Francis VillatoroSignificado #3 · Palabras #5chips micrométricos ordenador cuántico fotónicodistancia del fotón en operación mínimapérdidas en chips pequeños…antes que el fotón óptico es más grande que la guía, es decir, el fotón óptico está pasando por un material, guiado por una cosa óptica transparente, pero está cubriendo una región muy grande. Las pérdidas son enormes, pero pérdidas absolutamente terribles. Por fortuna, estos chips son muy cortitos; son muy pequeñitos; son micrométricos; son chips muy pequeños, entonces la distancia que recorre el fotón mientras opera, pues es muy cortita y más o menos aguanta lo mínimo, lo mínimo que pueda aguantar, pero aguanta casi nada. Eso es una cosa absolutamente fascinante; estamos hablando de pérdidas. del orden del 95%, estamos hablando de pérdidas de varios decibelios por metro, en una fibra óptica Quería hacerte una pregunta, yo no leí el artículo, pero quería saber si dicen algo, no hay ningún prospecto acerca de esto, podría ser lograble en 15 años,…
Francis Villatoro explica las ventajas de los ordenadores cuánticos fotónicos basados en óptica lineal, destacando que operan a temperatura ambiente, a diferencia de los ordenadores superconductores que requieren temperaturas extremadamente bajas.
Habla: Francis VillatoroSignificado #19ordenadores cuánticos fotónicos líneatemperatura ambiente ordenadores cuánticoscriogenia superconductores milikelvingeneración de fotones estrechados temperatura…eso y, por supuesto, la empresa afirma que eso va a ser una trivialidad; es un empeño previamente técnico. Hemos avanzado muchísimo en los últimos cinco años y seguro que vamos a seguir avanzando muchísimo en los siguientes lustros y décadas y lo lograremos. Entonces, bueno, es un tema muy interesante porque ya no es en ordenadores cuánticos fotónicos que usan óptica lineal y que tienen muchas ventajas; por ejemplo, aquí esto va a temperatura ambiente. Esto no son ordenadores superconductores en los que tengo que trabajar todo en criogenia, a pocos milikelvin, no, esto va a temperatura ambiente, bueno, casi todo; casi todo, obviamente la generación de los fotones estrechados pues conviene hacerla a la menor temperatura posible y la detección fotón a fotón, los detectores, también conviene que estén enfriados, ¿vale? O sea que tengo que meter criogenia, ¿vale? Pero bueno, no es una criogenia de Emil y Kelvin, con trabajar al helio líquido ya es suficiente ¿vale? Tanto en detección aquí lo destacan en la parte de detección los detectores son criogénicos, pero ya hay investigaciones de otros equipos que hablan de…
Francis Villatoro comenta sobre la tecnología fotónica integrada utilizada en computación cuántica, destacando su naturaleza estándar pero exagerada, similar a lo observado en otras compañías.
Habla: Francis VillatoroSignificado #7fotónica integrada en computación cuánticatecnología estándar compañíaspublicación nature computación cuántica…mantener esos racks vivos y toda la microelectrónica, esto tiene, esto que son cuatro racks, eran, no me acuerdo cuánto eran; no sé cuántos kilómetros, como 13 kilómetros de fibra óptica, lo que está metido en medio; o sea, son cosas absolutamente bárbaras. Entonces, por un lado, es tecnología convencional de fotónica integrada, o sea, todo es como muy estándar, pero por otro lado, todo está exagerado; pero es lo que pasa con las compañías. Y ya os digo, a mí me ha resultado muy interesante, no solo porque se publique en Nature, sino porque no habíamos hablado en otras ocasiones de este tipo de tecnología fotónica en computación cuántica y es una tecnología que poco a poco se está reivindicando. Hay grupos chinos, empresas chinas también, pero grupos también de investigación chino muy potentes en esta área y va a haber nuevos artículos y nuevos avances. Pero claro, esa escalabilidad que leemos en los blogs y en varios medios que se han hecho ecos de…
Héctor Socas introduce una pregunta de un oyente llamado Dacastror sobre el estado actual de la fotónica y su potencial para reemplazar los chips electrónicos.
Habla: Héctor SocasSignificado #1 · Palabras #1fotónica reemplazando chips electrónicosimplementación de fotónica en satéliteschips súper pequeñitos dacastrorordenadores fotónicos vs microelectrónicosmicroelectrónica para necesidades actualesseñales ópticas en el trabajo de francis villatoroaplicaciones de la fotónica electromagnéticaoptoelectrónica y transducción de señalespérdida de velocidad en fotodiodosprocesamiento electrónico de señales ópticaserrores en la regeneración láserrepetidores optoelectrónicos fibra ópticafotónica avances diariossistema óptico transoceánicoordenadores personales y computación fotónicapc fotónico dacastroventajas inexistentes pc fotónicofotónica en satélitescomunicaciones móviles fotónicasmicroelectrónica robustez y toleranciafrancis villatoro microelectrónicafotónica lineal más prácticamateriales cómodos fotónica no linealintensidades altas roturas materiales…sección nos recuerda a Xiao Fernández, nuestro joven oyente que llevaremos siempre al corazón. Bueno, hay varias preguntas que nos deja aquí la gente. Podemos empezar, si quieres Francis, por una que está bastante relacionada con esto que acabas de contar. pregunta Dacastror, no sé cómo se pronuncia, cómo quiere que pronunciemos, dice me encantaría que hablaran del estado actual de la fotónica, que es justo con lo que te quedaste al final, que estabas diciendo que estas tecnologías fotónicas pues empiezan a ser prometedoras. Bueno, a ver, fotónica para reemplazar los chips electrónicos. Había una empresa allí que justamente la charla que dieron era de implementación de fotónica en satélites, presentaban que podían ser unos chips súper pequeñitos. Sí, la pregunta es, me encantaría comentar el estado actual de la fotónica para reemplazar chips basados en electrónica. Bueno, A ver, son dos cosas distintas. En principio, claro, supongo que la idea subyacente de la pregunta es: ¿habrá algún día ordenadores fotónicos en lugar de ordenadores microelectrónicos? Y la respuesta es que probablemente no, ¿vale? No, no. O sea, para lo que queremos, ordenadores microelectrónicos, la microelectrónica funciona de escándalo; no necesitamos fotónica para nada. La fotónica lo que pasa es que tiene su nicho de aplicación; hay muchas aplicaciones en las que yo trabajo con señales ópticas. La fotónica es súper relevante e importantísima donde yo manejo señales ópticas, manejo dispositivos de microondas o de radio o de rayos X o de... donde yo necesite manejar señales electromagnéticas; lo ideal es la computación completamente electromagnética, completamente óptica. Entonces, porque las técnicas habituales de optoelectrónica en las que yo recibo la señal óptica, la transduzo, hago una transducción a electrónica, proceso electrónicamente la señal y la regenero con un fotodiodo, con un láser, regenero la señal, claro, implica no solo una pérdida de velocidad, sino que implica todo un proceso complejo y susceptible a errores, y Si yo lo tengo que hacer en un dispositivo, por ejemplo, en una fibra óptica transoceánica, tengo que poner repetidores optolectrónicos. Si se me falla uno, ¿qué hago? ¿Tengo que bajar ahí al fondo del océano a repararlo? Lo ideal serían sistemas completamente ópticos y eso está muy trabajado; la fotónica en el caso genérico es una cosa hoy en día enorme, se publica todos los días sobre fotónica y sobre avances y se está trabajando muchísimo, pero. Ya os digo, lo que quizás tenga en mente Dacastro, en mente que es, ¿mi PC algún día va a ser un PC fotónico? No. Eso, olvídalo, pero no tiene sentido; no tiene sentido, no hay ventajas, ninguna ventaja esperable, ni siquiera en un mundo de jauja imaginario, para sustituir lo que funciona perfectamente en Microelectrónica, cuando estamos trabajando con chorros ahora mismo de fotones, de miles de, perdón, de chorros de electrones, o así partículas de tipo electrón, de miles de electrones, sustituir, reemplazar eso con la misma robustez y tolerancia a fallos, etc. Con fotones no tiene sentido. La fotónica es muy relevante en tecnologías para satélites, en tecnologías de comunicaciones de todo tipo, en móviles; hacer ciertas cosas puramente de manera fotónica. Tiene sus ventajas y se está trabajando muchísimo en fotónica integrada, en fotónica a todas las escalas. Esto es un campo realmente enorme. Yo no soy experto, yo he tenido siempre mucho interés en la parte de óptica no lineal y la parte de aplicaciones en la fotónica no lineal; pero prácticamente casi todo lo que está en el mercado y que es útil y práctico es lineal, porque tecnológicamente es mucho más fácil. Los materiales son mucho más cómodos; la no linealidad requiere subir las intensidades, con lo que aparecen roturas, defectos, aparecen muchos problemas. La tecnología lineal va con intensidades mucho más bajas y se hace todo mucho mejor. Pero eso, se está trabajando mucho, pero que olvidemos el Tema de eso que parece dicho muchas veces, ¿no? Y en divulgación, ¿no? Algún día habrá ordenadores que funcionen todo completamente óptico, porque serán más rápidos. ¿Más rápido? No, no serán más rápidos. Es que van a haber fotones trabajando a lo que sea la…
Francis Villatoro explica que los microprocesadores seguirán siendo microelectrónicos durante muchas décadas, aunque la fotónica podría reemplazar a la electrónica debido a su potencial para reducir el consumo energético si se pudieran fabricar esos chips.
Habla: Héctor SocasSignificado #2 · Palabras #2microprocesadores seguirán siendo microelectrónicosfotónica reemplazará electrónica consumo energéticolimitación práctica de trabajar fotónicafabricar chips con menor consumo…Pero sí es cierto que algún día nuestros ordenadores tendrán algunos dispositivos, por ejemplo, la internet que recibamos por cable de fibra óptica, pues se la conectaremos directamente a nuestro ordenador a través de un procesador completamente óptico que Después transducirá ciertas cosas a electrónica para que el micro funcione electrónicamente. Pero los microprocesadores seguirán siendo microelectrónicos. No se espera, por lo menos en muchísimas décadas, por lo menos en lo que me queda a mí de vida. Sí, o sea, yo entiendo que la limitación práctica de trabajar fotónica hará que seguramente nos sustituya en un horizonte previsible a la electrónica, pero creo que lo que dijiste de que no hay ninguna ventaja así en un mundo ideal en el que sí se pudiera, yo entiendo que tendríamos la ventaja de que el consumo sería radicalmente más bajo si pudiéramos en la práctica fabricar esos chips y eso nos permitiría. O sea, rapidez en el sentido no de la propagación de las señales, sino de procesamiento. Que al final estamos limitados por consumo. Entonces, ahí supongo yo que en ese mundo ideal en el que se pudiera trabajar de forma práctica con esa tecnología, sí que…
Francis Villatoro explica la incompatibilidad entre el tamaño de los fotones y la miniaturización necesaria para los chips modernos, comparando la situación con meter elefantes por cables de fibra óptica.
Habla: Francis VillatoroSignificado #5 · Palabras #6fotones tamaño enorme chips modernoselefantes por cablecitos fibra ópticafrancis villatoro miniaturización fotónicamicroprocesadores totalmente ópticos francis villatorogigahercios y millones de transistoresordenador tamaño habitación óptico…cuando trabajo con estructuras guiadas o de nituro de silicio o directamente de sílica, como la fibra óptica, son materiales que el mínimo de banda está en el infrarrojo, infrarrojo cercano. el infrarrojo cercano tiene unas longitudes, unos tamaños del orden de micrómetros, entonces tú dices, es que en un chip tengo mil millones de transistores en un milímetro cuadrado, sí, pero ahora pon eso con fotones, pon mil millones de fotones guiados, pero si es que los fotones son de tamaño enorme, o sea, que no tiene nada que ver, la cosipartícula de tipo electrón es muy pequeña, pero comparado con un fotón que es enorme, no tiene sentido, yo sé que alguien puede soñar en eso y decir, pues eso se resolverá algún día los elefantes los meteremos por cablecitos de fibra óptica y me llegarán los elefantes directamente a mi casa a través de internet, un internet de elefantes pero no es que no tiene sentido No va a haberlo yo sé que habrá pequeños circuitos, pequeñas cosas pero no habrá el equivalente a un microprocesador como los actuales trabajando en gigahercios y con millones como mínimo de transistores; eso completamente óptico es inconcebible. En ese tamaño, otra cosa es en un ordenador del tamaño de una habitación, completamente óptico. Vale, venga. quería hacer una aclaración, aquí me apunta Cristina Hernández cuando dije lo del Tesla al principio del programa, que era efectivamente cuando se lanzó el Falcon Heavy, con los boosters laterales, no el Super Heavy con la Starship, correcto, fue un lapsus,…