“La fotónica es una de las tecnologías con mayor potencial disruptivo, y aquellos países que se posicionen a la vanguardia en su desarrollo tendrán una ventaja competitiva en las próximas décadas”, opina César Franco, presidente del Consejo General de Colegios Oficiales de Ingenieros Industriales (CGCOII).
“Si España se compromete a liderar en este campo, podría no solo aumentar su competitividad en sectores clave, sino también convertirse en un referente global en tecnologías avanzadas, con beneficios económicos y sociales que perdurarán en el tiempo”, añade al ser preguntado por industry TALKS.
La industria tecnológica está mirando hacia la fotónica como la clave para abordar los desafíos que enfrenta la electrónica tradicional en términos de velocidad, eficiencia energética y escalabilidad. Este es un campo particularmente prometedor en aplicaciones como la inteligencia artificial, la computación cuántica y el 5G, donde se requiere procesar enormes cantidades de datos en tiempo real.
En términos de velocidad, los chips fotónicos son capaces de transmitir datos a velocidades de hasta 100 Gbps, significativamente más rápido que los chips electrónicos tradicionales. En cuanto a eficiencia energética, esta clase de dispositivos pueden ser hasta 10 veces más eficientes energéticamente que los electrónicos.
La fotónica, además, podría transformar áreas que van desde los centros de datos, que procesan millones de terabytes de información diariamente, hasta los dispositivos médicos portátiles que monitorean nuestra salud en tiempo real.
Aplicaciones cotidianas
Hoy en día, está presente en diversas áreas de nuestra vida. Por ejemplo:
- Fibra óptica: Los cables de fibra óptica, que ya son comunes en las redes de telecomunicaciones, utilizan fotones para transmitir datos. Esto permite que podamos navegar por internet a alta velocidad, realizar videollamadas en tiempo real y transmitir contenido en 4K sin interrupciones.
- Sensores y cámaras: La fotónica también juega un papel crucial en los sensores de las cámaras de nuestros teléfonos móviles, los cuales utilizan fotones para capturar imágenes de alta resolución, incluso en condiciones de poca luz.
- Medicina: En el ámbito médico, tecnologías como la tomografía por coherencia óptica (OCT) permiten crear imágenes detalladas de tejidos biológicos utilizando luz, en lugar de radiación, lo que es más seguro y preciso para diagnosticar enfermedades.
Los chips de fotónica son uno de los avances más prometedores en el mundo de la tecnología y la ingeniería. A diferencia de los chips electrónicos tradicionales, que procesan información mediante el movimiento de electrones, los chips de fotónica utilizan fotones (partículas de luz) para transmitir y procesar datos. Este cambio de paradigma no solo ofrece ventajas en términos de velocidad, sino que también aborda problemas inherentes de la electrónica, como el consumo energético y el calor generado.
El desarrollo de los chips de fotónica ha sido impulsado principalmente por la necesidad de gestionar el creciente volumen de datos que generan las tecnologías emergentes, como el 5G, la inteligencia artificial y los centros de datos. Si bien los primeros experimentos con la fotónica se remontan a varias décadas atrás, no ha sido hasta los últimos años que hemos visto avances significativos en su miniaturización e integración.
Los chips de silicio fotónico, que permiten integrar componentes ópticos en las mismas plataformas que los circuitos electrónicos, son un área clave de investigación. Estos chips combinan lo mejor de ambos mundos: la alta velocidad y baja pérdida de la fotónica con la escalabilidad y madurez de la electrónica basada en silicio.
Desarrollo de los chips
- Materiales: Silicio fotónico
El silicio ha sido el material estándar en la fabricación de chips electrónicos, pero recientemente se ha adaptado para el mundo de la fotónica. El silicio fotónico permite la transmisión de luz a través de guías de onda ópticas en el chip, lo que facilita la integración con tecnologías electrónicas existentes.
- Integración híbrida
Uno de los mayores desafíos de la fotónica ha sido cómo integrar componentes ópticos y electrónicos en un solo chip. La integración híbrida combina tecnologías ópticas avanzadas con las electrónicas tradicionales, permitiendo que los chips fotónicos manejen tanto datos ópticos como eléctricos simultáneamente.
- Técnicas de fabricación
Los procesos de fabricación de chips de fotónica han avanzado enormemente en los últimos años. La fabricación de estos chips utiliza técnicas similares a las que se emplean para la electrónica, pero adaptadas para optimizar la transmisión y manipulación de luz. Esto ha permitido que los costos de producción se reduzcan, acercando la fotónica a aplicaciones comerciales masivas.
Ventajas
Los chips de fotónica ofrecen una serie de ventajas sobre los electrónicos tradicionales:
- Más velocidad: Los fotones viajan mucho más rápido que los electrones. Esto se traduce en velocidades de transmisión de datos significativamente superiores. Un chip fotónico puede transmitir datos a más de 100 Gbps, una velocidad que sería difícil de alcanzar con los sistemas electrónicos convencionales.
- Menos consumo de energía: La fotónica consume mucho menos energía que la electrónica, ya que los fotones no generan calor de la misma forma que los electrones. Esto es crucial para reducir la huella energética de los centros de datos, que actualmente consumen grandes cantidades de electricidad para enfriar sus equipos.
- Más escalabilidad: Gracias a la capacidad de transmitir datos a través de múltiples canales ópticos simultáneamente, los chips fotónicos son mucho más escalables, lo que significa que pueden manejar una mayor densidad de datos sin aumentar significativamente el tamaño o el consumo energético.
- Menos interferencia electromagnética: los dispositivos electrónicos son vulnerables a interferencias electromagnéticas que pueden afectar su rendimiento. Los chips fotónicos son inmunes a estas, lo que los convierte en una opción más confiable en entornos con un alto nivel de ruido electromagnético.
- Más distancia: la luz puede viajar grandes distancias sin que la señal se degrade, lo que hace que los chips fotónicos sean perfectos para la transmisión de datos a través de largos cables de fibra óptica.
Casos de estudio y avances recientes
- Intel ha liderado algunos de los avances más importantes en el campo de los chips de fotónica, desarrollando chips de silicio fotónico que integran tanto elementos electrónicos como ópticos. Estos chips están diseñados para mejorar la eficiencia de los centros de datos y las redes de telecomunicaciones.
- IBM está explorando el uso de fotónica en la computación cuántica. La luz es fundamental para transportar información cuántica a través de largas distancias sin perder coherencia, lo que podría permitir el desarrollo de redes cuánticas globales.
- Ayar Labs, una startup con sede en Silicon Valley, ha logrado avances en la creación de interconexiones ópticas para centros de datos, lo que permite que los sistemas de inteligencia artificial manejen grandes volúmenes de información sin los cuellos de botella de la electrónica.
- Quside es una spin-off del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) con sede en en el Parque Mediterráneo de la Tecnología (PMT), en la localidad costera de Castelldefels, en el área metropolitana de Barcelona. Quside fabrica chips fotónicos de unos pocos centímetros cuadrados para encriptación y criptografía, semiconductores que permiten generar gigabits por segundo en un área muy pequeña. “La fotónica integrada nos permite reducir mucho el tamaño y el coste de nuestros”, admite Carlos Abellán, CEO de Quside.
- La firma valenciana iPronics es otro caso de estudio. Hace “fotónica programable”, es decir, trabaja en la adaptablidad de la fotónica a los dispositivos, diseñando tanto hardware como software. “A pesar de tener la fotónica con nosotros, los ciclos de desarrollo no acompañan todavía”, admite Daniel Pérez, cofundador y CTO de iPronics, quien también cree que “la fotónica aplicada tiene un alcance muy amplio y está por ver dónde va a calar en un futuro más cercano, pero ya se atisban los primeros nichos”, dice, como la radiofrecuencia con tecnología fotónica, la puramente óptica o la computación.
- VLC Photonics, también de la Comunidad Valenciana, es una compañía fabless, esto es, carece de una planta de producción propia, centrándose en el diseño y el testeo de microchips. La firma, constituida en 2011, se ha aliado con foundries, fábricas de semiconductores sin productos propios para conseguir más cuota de mercado. “Los procesos de la fotónia no están tan maduros como en la electrócnica”, lo qu afecta a los prototipos, asegura José David Domench, CTO de VLC Photonics.
Desafíos y oportunidades
A pesar de los avances, la fotónica todavía enfrenta desafíos importantes. Uno de ellos es la fabricación a gran escala. Aunque las técnicas están mejorando, el costo sigue siendo un impedimento para la adopción masiva de chips fotónicos. Además, la compatibilidad con los sistemas electrónicos actuales es crucial para que los chips fotónicos puedan integrarse sin problemas en infraestructuras tecnológicas ya existentes.
No obstante, la demanda de mayor velocidad de procesamiento de datos y eficiencia energética está creando un fuerte impulso hacia la adopción de esta tecnología. Se espera que los chips fotónicos desempeñen un papel central en las futuras redes 5G, centros de datos de hiperescala y sistemas de inteligencia artificial.
La adopción de los chips de fotónica abre una puerta clave para mejorar la competitividad industrial de España en mercados internacionales. En un contexto global donde la eficiencia energética y la capacidad de manejo de datos son cruciales, los avances en esta tecnología ofrecen a España una oportunidad única para transformar sus sectores industriales más relevantes.
Posicionamiento internacional
Aunque países como Estados Unidos, China y Alemania ya están invirtiendo significativamente en fotónica, España tiene un potencial importante para destacar, gracias a su red de centros de investigación y a sectores estratégicos que podrían beneficiarse de esta tecnología.
En comparación, indica César Franco, España está bien posicionada para hacer uso de la fotónica, pero “para competir globalmente es necesario un mayor impulso en I+D, la formación de talento especializado y una mejor infraestructura de fabricación”. Aunque se han logrado avances importantes, como los desarrollos en el ICFO, el país necesita un enfoque coordinado que involucre tanto al Gobierno como al sector privado para no quedar rezagado.
España ya cuenta con una sólida base de investigación fotónica. El ICFO es unos de los líders en Europa en este campo y ha establecido colaboraciones con universidades y centros tecnológicos de todo el mundo. “Estos esfuerzos deben complementarse con políticas que fomenten la creación de startups y la atracción de inversiones extranjeras”, considera Franco.
Además de Quside, este Instituto ha generado otras empresas pioneras, como Hemophotonics, que se dedica a “traducir tecnologías basadas en luz en sistemas compactos y personalizados para la medición no invasiva de la hemodinámica cerebral para aplicaciones de investigación clínica y científica”. En otras palabras más llanas, Hemophotonics comercializa dispositivos de diagnóstico para el tratamiento de afecciones como accidentes cerebrovasculares isquémicos y hemorrágicos, traumatismos craneoencefálicos y nacimientos prematuros.
Además del ICFO, centros de educación superior como la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) están desarrollando programas y proyectos centrados en la fotónica. Es fundamental que estas instituciones sigan colaborando con empresas y gobiernos para transformar las investigaciones en aplicaciones industriales tangibles.
Aplicaciones clave en la industria española
La capacidad de los chips fotónicos para mejorar las comunicaciones, el procesamiento de datos y la gestión energética tiene aplicaciones directas en sectores industriales fundamentales para la economía española.
En el ámbito de las telecomunicaciones, empresas como Telefónica ya están investigando tecnologías que podrían beneficiarse de los chips fotónicos, especialmente en el despliegue de 5G y en la mejora de redes de fibra óptica. En este sentido, la fotónica puede ofrecer mejoras sustanciales en la velocidad y capacidad de transmisión de datos, algo esencial para mantener la competitividad en un mercado de telecomunicaciones en constante evolución.
En la automoción, un sector estratégico para la industria española, podrían ser fundamentales para el desarrollo de vehículos autónomos y sistemas avanzados de conducción asistida. Los sensores ópticos, que dependen de la fotónica para mejorar su precisión y velocidad de procesamiento, son un componente esencial en la evolución de estos vehículos. “Esta tecnología puede posicionar al país como un hub de innovación en automoción inteligente”, pronostica César Franco.
Otro sector estratégico es el de la energía, donde la adopción de sistemas más eficientes de gestión energética a través de redes inteligentes (Smart Grids) podría verse potenciada por la integración de chips fotónicos. Este avance permitiría una monitorización y optimización del uso de recursos energéticos más precisa y eficiente, lo que no solo beneficiaría a la industria energética, sino también a la economía española en su conjunto.
“Por último, la industria de defensa en España, que incluye tanto empresas estatales como privadas, podría beneficiarse enormemente de los chips fotónicos para mejorar los sistemas de comunicación, sensores y seguridad. Estas aplicaciones son especialmente importantes para las tecnologías de comunicaciones seguras y la detección a distancia, donde los sistemas fotónicos ofrecen ventajas claras en términos de velocidad y precisión”, sostiene Franco.
Precisamente la empresa DAS Photonics fue creada en 2005 como una spin off del Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV).con el objetivo de crear productos de defensa y aerospacial, usando tecnología fotónica, declara su CEO, Javier Marti.
Políticas públicas
El desafío para España radica en consolidar una cadena de valor completa para la producción y adopción de chips de fotónica. Aunque el país cuenta con centros de investigación de alto nivel, la falta de capacidad de fabricación a gran escala sigue siendo un obstáculo para que la tecnología pase de la fase experimental a la producción masiva.
Además, es fundamental desarrollar programas de formación especializada que cubran el creciente campo de la fotónica, preparando a una nueva generación de ingenieros y científicos capaces de impulsar esta tecnología dentro del país. Esto requiere tanto políticas educativas orientadas hacia las demandas tecnológicas futuras como incentivos para que empresas nacionales adopten y adapten estas innovaciones.
Finalmente, el apoyo gubernamental y la colaboración público-privada serán cruciales para que España pueda competir a nivel global. Las políticas de fomento de la I+D, sumadas a incentivos fiscales para la adopción de nuevas tecnologías, ayudarán a crear un entorno donde tanto las startups como las grandes empresas puedan innovar y colaborar en proyectos de impacto internacional.
Perspectivas de futuro
Los chips fotónicos representan una de las innovaciones tecnológicas más transformadoras para las próximas décadas. “Con su capacidad para mejorar la velocidad, reducir el consumo energético y permitir la transmisión de grandes volúmenes de datos, la fotónica no solo resolverá los desafíos actuales de la electrónica, sino que abrirá nuevas fronteras en múltiples industrias. En España, la adopción temprana y la inversión en esta tecnología pueden redefinir la competitividad industrial del país a nivel global”, adelanta César Franco.
Tendencias emergentes
La fotónica se encuentra en la intersección de varias tendencias tecnológicas emergentes que impulsarán el desarrollo de nuevos modelos de negocio y aplicaciones industriales:
- Computación Cuántica: La fotónica será un pilar esencial en el avance de esta tecnología revolucionaria. Dado que los fotones pueden transportar información cuántica a grandes distancias sin interferencias, los chips fotónicos jugarán un papel crucial en la creación de redes cuánticas globales y en la aceleración del procesamiento de datos cuánticos. España, al fortalecer sus capacidades en esta área, podría integrarse en la cadena de valor de la computación cuántica a nivel europeo.
- Inteligencia Artificial (IA): A medida que los algoritmos de IA requieren mayores volúmenes de datos para el entrenamiento y la implementación, los centros de datos y las infraestructuras que los soportan se verán desafiados para manejar estas enorms cargas de trabajo. Los chips fotónicos, al ofrecer mayor ancho de banda y eficiencia energética, serán fundamentales para optimizar estos sistemas en tiempo real. Las empresas españolas podrían utilizar esta tecnología para mejorar sus operaciones, desde la automatización de procesos hasta la gestión avanzada de datos.
- Internet de las Cosas (IoT): Con la expansión de esta tecnología, que conecta dispositivos y sensores en redes complejas, se incrementará exponencialmente el volumen de datos que las empresas y gobiernos deben gestionar. Los chips fotónicos pueden facilitar la transmisión de estos datos con mayor velocidad y menor latencia, lo que es crítico para aplicaciones como ciudades inteligentes, vehículos autónomos y sistemas industriales automatizados.
Ecosistema de innovación y colaboración
Para que España aproveche estas tendencias emergentes, es vital desarrollar un ecosistema de innovación que conecte a actores clave en investigación, industria y gobierno. Las colaboraciones público-privadas serán fundamentales para que los centros de investigación transfieran sus avances tecnológicos a aplicaciones industriales.
Ejemplos de colaboración entre instituciones como el ICFO y startups de alta tecnología pueden servir de modelo para el crecimiento de un ecosistema fotónico en España.
Además, los programas de la Unión Europea, como Horizonte Europa, brindan oportunidades significativas para financiar proyectos en fotónica que fomenten la innovación conjunta entre distintos países y sectores. España debe capitalizar estas oportunidades, estableciendo una agenda clara para promover el desarrollo y adopción de chips fotónicos en industrias estratégicas.
Impacto económico y social
Los beneficios de la fotónica no solo se limitan a mejoras tecnológicas, sino que también podrían tener un impacto económico y social significativo en España. La creación de una industria nacional basada en la fabricación y adopción de chips fotónicos generaría empleos de alto valor agregado, fomentando el desarrollo de talento especializado y reduciendo la dependencia de tecnología extranjera.
“La industria energética, por ejemplo, se beneficiaría enormemente de la fotónica para optimizar el uso de energías renovables a través de redes inteligentes más eficientes. Este avance no solo impulsaría la sostenibilidad medioambiental del país, sino que también colocaría a España en una posición de liderazgo en la transición hacia economías más verdes”, estima César Franco, de COIIM.
Por otro lado, el sector de la salud también podría aprovechar la tecnología fotónica para mejorar diagnósticos médicos, mediante sensores más avanzados que ofrezcan resultados más rápidos y precisos. Este tipo de aplicaciones elevarían la calidad del sistema sanitario y reducirían los costes operativos.
