Físicos del KTH construyen un chip fotónico programable para revelar la estabilidad topológica

Detección de estados ondulatorios robustos en hardware basado en luz

En las fibras ópticas y los circuitos fotónicos integrados, diminutos defectos de fabricación o el ruido ambiental pueden dispersar los fotones y alterar su trayectoria. Para evitar estas perturbaciones, los investigadores exploran las propiedades topológicas, características del movimiento ondulatorio que permanecen inalteradas incluso cuando un sistema sufre una deformación física. Esta innovación física fue demostrada por un equipo del Real Instituto de Tecnología KTH y publicada en Physical Review Letters, según documenta Phys.org.

El coautor del estudio y profesor asociado Ali Elshaari compara la topología con un nudo físico atado en una cuerda. El nudo mantiene su forma estructural si la cuerda se agita, se retuerce o se estira, y solo se deshace si la cuerda se corta. Según el estudio difundido por Phys.org, ciertas arquitecturas ópticas admiten nudos topológicos análogos que protegen las señales luminosas de la dispersión causada por imperfecciones físicas.

«Usamos un truco matemático para ejecutar el sistema con pérdidas en el chip sin perder realmente la señal»

— Andrea Cataldo, estudiante de doctorado en el Real Instituto de Tecnología KTH

Cómo el chip interferométrico preserva la integridad de la señal

Los dispositivos reales sufren inevitablemente disipación, es decir, pierden energía durante su funcionamiento. El autor principal y doctorando Andrea Cataldo señaló que tales pérdidas suelen dificultar la observación de firmas topológicas estables. Para resolver este problema, el equipo implementó un protocolo matemático en un chip óptico programable que imita un entorno con pérdida de energía a la vez que preserva la integridad de la señal, según detalla Phys.org.

El dispositivo mide señales ópticas comparando la luz saliente con haces de referencia estables, de forma muy parecida a afinar un instrumento musical con una nota acústica patrón. Esta configuración interferométrica permitió a los investigadores distinguir estados topológicos anudados de la transmisión ondulatoria convencional. Además, la invención basada en luz identificó un punto excepcional, un umbral de parámetros concreto en el que los sistemas físicos disipativos presentan interacciones ondulatorias no estándar, según Phys.org.

Aspectos de propiedad intelectual e implicaciones técnicas

Dado que el circuito fotónico es totalmente programable, los investigadores pueden configurar un único chip para probar múltiples condiciones de funcionamiento sin fabricar un hardware distinto para cada prueba. Los hallazgos revisados por pares, también catalogados con el identificador arXiv 2609.38352, no revelan una solicitud de patente publicada ni una solicitud de patente activa para la configuración del hardware, según el informe de Phys.org.

El método de medición ofrece una vía para evaluar componentes resistentes destinados a redes ópticas, circuitos electrónicos y dispositivos cuánticos. Al permitir la lectura directa de características topológicas pese a la disipación, la investigación respalda el desarrollo de hardware óptico diseñado para mantenerse estable frente a defectos físicos, según informa Phys.org.

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