TL;DR:
- Un algoritmo de diseño inverso produjo tres familias de componentes en nitruro de silicio grueso: separadores de longitud de onda, ordenadores de modos espaciales y espejos. El equipo los fabricó y los midió.
- El separador más chico cabe en 5 por 5 micrómetros. Los ordenadores de modos son los que llegan a unas 500 veces menos área; los separadores se quedan entre 50 y 300 veces.
- La optimización incorporó tamaños mínimos de estructura y tolerancia a las variaciones de fabricación, que es lo que separa un diseño bonito de uno que una fundición comercial puede reproducir.
Un algoritmo diseñó tres tipos de componentes para microchips fotónicos hasta 500 veces más pequeños que los convencionales, y el equipo que lo programó ya los fabricó y los midió en el laboratorio. El trabajo lo firman el Max Planck Institute for the Science of Light (MPL), en Erlangen, y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS), que lo difundieron el 24 de julio de 2026 tras publicarlo en Nature Communications. Importa por dónde viven estos chips: mueven información con luz en lugar de electrones y ya sostienen telecomunicaciones, centros de datos de IA, metrología de precisión y tecnologías cuánticas. Hasta ahora, cada pieza de ese chip se venía dibujando a mano, una por una, partiendo de una geometría conocida y ajustando parámetros hasta que la cosa funcionaba.
El diseño inverso es un método de optimización que voltea ese orden: el ingeniero especifica qué debe hacer la luz y el algoritmo recorre un espacio enorme de nanoestructuras posibles hasta dar con una que lo cumpla. Lo que sale parece un manchón irregular de huecos y crestas, sin la simetría limpia de un componente humano. Y guía la luz con precisión en un pedazo de chip que es una fracción del grosor de un cabello.
"El diseño inverso nos permite definir qué queremos que haga la luz, y la optimización encuentra una estructura que lo hace, muchas veces una que ningún humano habría dibujado. Lo emocionante es que el mismo marco puede hacer tres trabajos bastante distintos en el mismo chip: enrutar la luz por longitud de onda, ordenarla por modo espacial y actuar como espejos compactos que forman cavidades ópticas en el chip", dijo Toby Bi, coautor principal del estudio e investigador doctoral en el MPL.
La idea de dejar que una máquina dibuje lo que la intuición no alcanza tampoco es exclusiva de la óptica.
Alejandro Castillo Leone
Tres funciones distintas salidas del mismo optimizador
El equipo diseñó, fabricó y caracterizó tres clases de dispositivo sobre nitruro de silicio grueso, de 400 a 800 nanómetros de espesor. Estas son las cifras que trae el artículo, más finas que el titular redondeado:
- Separadores de longitud de onda (WDM): reparten los colores de la luz en canales. El más compacto ocupa un área de diseño de 5 por 5 micrómetros y el otro, de 8 por 8. Frente a los acopladores direccionales que hacen el mismo trabajo, la reducción de área va de unas 50 a unas 300 veces, con pérdidas de inserción de alrededor de 1.5 a 1.9 dB.
- Ordenadores de modos espaciales (MDM): separan la luz en canales según su modo, no según su color. Aquí sí aparece el factor 500 respecto a implementaciones representativas, con una diafonía medida de hasta 18 dB por debajo de la señal.
- Espejos: en un área de diseño de 11 por 2.8 micrómetros reflejan hasta el 98.5% de la luz que les llega y bloquean los otros modos. Colocados en pares forman cavidades ópticas en el chip donde la luz rebota más de cien veces antes de escapar, con una finura máxima medida de 162.
Las reglas de la fábrica entraron al algoritmo
Aquí está lo que de verdad cambió, y no es el tamaño. El diseño inverso lleva más de una década produciendo estructuras diminutas en papel; el problema siempre fue que las formas que encuentra el optimizador tienen detalles tan finos que la litografía real los deforma o simplemente no los imprime. Este equipo metió esa restricción dentro de la optimización: fijó un tamaño mínimo de estructura de 80 a 100 nanómetros, penalizó las curvaturas imposibles, filtró en cada iteración lo que la fábrica no podría reproducir y verificó que los diseños aguantaran variaciones de espesor de película, índice del material y ángulo de pared.
"El diseño inverso se vuelve práctico cuando las realidades de fabricación están incorporadas en la optimización. Al incluir en el propio algoritmo los tamaños mínimos de estructura y la robustez frente a las variaciones de fabricación, obtenemos diseños que no solo son compactos, sino además compatibles con un proceso de fundición comercial", dijo Kiyoul Yang, profesor asistente de ingeniería eléctrica en Harvard SEAS y coautor de correspondencia del trabajo.
Conviene leer esa frase con cuidado, porque dice "compatibles" y no "fabricados". Los prototipos se hicieron con litografía por haz de electrones en instalaciones de investigación, no en una corrida de fundición comercial. Y el propio artículo reporta que los dispositivos reales se degradaron frente a la simulación: en uno de los separadores, la diafonía medida empeoró respecto a lo simulado por ángulos de pared imperfectos y rellenos de huecos incompletos. El puente a la producción está tendido, pero nadie lo ha cruzado todavía con este catálogo.
Pascal Del'Haye, líder del grupo de Microfotónica del MPL y el otro autor de correspondencia, apunta al motivo por el que el material importa tanto como el algoritmo: el nitruro de silicio grueso sostiene buena parte de la fotónica integrada de alto rendimiento, y hasta ahora su biblioteca de componentes se limitaba a piezas de ingeniería hechas a mano. El diseño inverso ya había desembarcado en silicio, diamante, carburo de silicio y niobato de litio. En este material, y con este espesor, faltaba.
En fotónica el área no se abarata sola
Un detalle que explica por qué 5 por 5 micrómetros es noticia y no una curiosidad de laboratorio: el chip fotónico no encoge como el electrónico. En un procesador, cada nodo de fabricación mete más transistores en la misma superficie. En fotónica, el tamaño de la pieza lo manda la longitud de onda de la luz, así que los chips fotónicos suelen ser grandes, como explicó John Ferguson, de Siemens EDA, a Semiconductor Engineering la semana pasada. El área es la moneda escasa, y una biblioteca de componentes que ocupan entre 50 y 500 veces menos empuja directo sobre esa restricción.
Llega además en un momento incómodo para el sector. La fotónica de silicio está entrando en producción de volumen para interconexiones de centros de datos e infraestructura de IA, pero su flujo de diseño sigue atrasado frente al electrónico. Gilles Lamant, arquitecto de la plataforma Virtuoso en Cadence, lo describió en ese mismo reportaje con una imagen que se entiende sola: los chips fotónicos se han venido haciendo a mano con cariño, como los de radiofrecuencia hace veinte años, y ya no es realista suponer que cada rincón de un chip se va a seguir dibujando así. Ashish Darbari, CEO de Axiomise, agrega el hueco más grande: en digital se puede demostrar matemáticamente que un diseño cumple su especificación; en fotónica se simulan un puñado de puntos de operación, que es validar, no demostrar.
Lo que sigue son los peines de frecuencia
El siguiente paso del grupo es combinar estos componentes con circuitos ópticos no lineales, donde la luz intensa que circula en el chip genera peines de frecuencia ópticos: conjuntos de colores separados con espaciado regular que se usan en medición de precisión, telecomunicaciones y tecnología cuántica. El espesor del nitruro es justamente lo que habilita esas operaciones en poca superficie.
Tampoco es un carril vacío. En el propio artículo, los autores dejan constancia de que mientras preparaban el manuscrito supieron de otro trabajo con componentes de diseño inverso en nitruro de silicio de 400 nanómetros, publicado en 2025 por un grupo canadiense. La diferencia que reivindican es el espesor mayor, que es el que abre la puerta a la óptica no lineal y cuántica.
Preguntas rápidas sobre el diseño inverso en chips fotónicos
¿Qué es el diseño inverso en fotónica?
Es un método de optimización que invierte el orden habitual. En lugar de partir de una geometría conocida y ajustar sus parámetros, el ingeniero define qué debe hacer la luz y un algoritmo busca la nanoestructura que cumpla esa función. Las formas resultantes son irregulares y rara vez se parecen a un componente dibujado a mano.
¿Estos componentes ya se venden?
No. Se trata de un estudio publicado en Nature Communications, sin producto ni fecha comercial. Los prototipos se fabricaron con litografía por haz de electrones en instalaciones de investigación de Harvard y el Max Planck. Lo que el equipo reivindica es que las reglas de diseño son compatibles con un proceso de fundición comercial.
¿Quién financió la investigación?
El trabajo se apoyó en fondos europeos y alemanes: una Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación, la Sociedad Max Planck, la DFG y el ministerio federal alemán de Investigación. La participación de Kiyoul Yang en Harvard contó con apoyo de DARPA y de la Subsecretaría de Defensa para Investigación e Ingeniería de Estados Unidos.
El resultado concreto que queda sobre la mesa son tres piezas medidas, con sus pérdidas y su diafonía anotadas, hechas en un material donde antes no existían. Para quien diseña chips fotónicos, eso significa un catálogo nuevo del que echar mano en vez de volver a dibujar cada componente desde cero. Y significa que la parte del trabajo que hasta hoy dependía de la intuición de una persona frente a una pantalla acaba de volverse un problema de optimización con restricciones de fábrica escritas en el código.
