Fotónica y cuántica buscan su lugar sobre el tapete de la IA

El ámbito de la microelectrónica avanza a un ritmo vertiginoso y muchas empresas de base tecnológica se han aferrado a sus distintas ramificaciones para beneficiarse de ese éxito. Las corporaciones globales están desarrollando nuevos proyectos que sitúan a la electrónica especializada en el núcleo de su actividad. El campo de aplicación de los microchips se ha diversificado, por lo que se pueden encontrar tanto en el ámbito del automóvil, de la salud, como en los smartphones. Las pequeñas empresas han percibido en esos filones el atisbo de un futuro prometedor y, a partir de esa visión, han lanzado innovadoras propuestas.

Seleccionamos algunas de las ganadoras recientes de premios de enorme prestigio como los que concede la Global Semiconductor Alliance, la incubadora Silicon Catalyst o el Instituto de Estándares y Tecnología (NIST) de EEUU.

Desde hace años, la inteligencia artificial (IA) ha trascendido de las conversaciones sobre evolución tecnológica a las cotidianas. Este alcance ha estimulado la demanda de una IA más humanizada. La empresa SiMa.ai, con sucursales en EEUU, India y Alemania, pretende resolver esta cuestión a través de la mejora del machine learning (ML). Su objetivo es que los ordenadores puedan aprender y tomar decisiones por sí mismas como lo hacen los humanos.

El hardware de aceleración optimiza este entrenamiento. Se basa en chips diseñadores de algoritmos de IA, que permiten a los ordenadores identificar patrones de datos y elaborar análisis predictivos. Además, posibilitan la introducción de modelos de IA en dispositivos de borde de red (edge), es decir, aquellos que procesan los datos de la nube cerca del punto donde ingresan o de donde salen y no desde su médula. No obstante, el matiz más distintivo de estos chips es su alto rendimiento, que reduce el consumo de energía.

Rambus es una empresa de origen estadounidense, que hace un planteamiento diferente de la aplicación de los microchips. En vez de acelerar el proceso de reconocimiento de patrones, busca manejar grandes cantidades de información y mejorar el rendimiento de los sistemas desde el centro de datos. Es decir, mientras que la primera se enfoca en el procesamiento en el borde de red, esta propulsa los datos desde el epicentro de la red.

Para el control de inmensas cantidades de datos, Rambus ha desarrollado la interfaz de memoria Double Data Rate (DDR) que duplica la velocidad de transferencia de datos, aumenta la capacidad de almacenamiento de los módulos de memoria y permite una mejor eficiencia energética.

El paradigma del movimiento de datos en la red es producto de muchas investigaciones. Mientras que algunos expertos inciden sobre el epicentro de la red, otros examinan el borde de esta. Pero, en el caso de la estadounidense Ayar Labs, ve la red como una autopista en la que los datos tienden a generar atascos por su gran cantidad y, su objetivo, es descongestionarla. Tradicionalmente, la transmisión de datos se basaba en las conexiones eléctricas, lo cual tiene limitaciones relativas a la velocidad, el ancho de banda y la eficiencia energética. Con su tecnología E/S óptica sustituye la electricidad por la luz para mover los datos. De esta forma, ha conseguido resolver los problemas de cuellos de botella y optimizar el rendimiento de los sistemas.

Fotónica

La empresa Lightmatter ha seguido la misma linde de la fotónica, pero se ha volcado en el entramado computacional y ha caminado un paso más allá que Ayar Labs. La corporación bostoniana ha demostrado las posibilidades de la computación fotónica, puesto que, al utilizar la luz para procesar y transmitir información, es mucho más eficiente energéticamente y veloz.

Por esa razón, puede superar las limitaciones impuestas por la Ley de Moore y, por consiguiente, revolucionar la computación. Esta ley explica que el número de transistores de un chip se duplica cada dos años, pero esta tendencia se enfrenta a limitaciones físicas como el empequeñecimiento de los transistores, que aumentan el coste y dificultan el rendimiento.

Al utilizar luz para procesar información y no electricidad, los chips fotónicos pueden seguir mejorando el rendimiento, porque no hay límites para la luz.

La empresa desarrolla chips y sistemas de computación basados en la fotónica. Y gracias a esta fórmula, áreas críticas como la IA y la computación de alta eficiencia han derribado todas las murallas que pudieran impedirles evolucionar. Sus productos exigen una eficiencia energética extremadamente alta. Por esa razón, han desarrollado diferentes métodos para acarrear estas demandas como un acelerador fotónico para IA, un sistema de interconexión óptica que facilita la comunicación de alta velocidad y una plataforma que desarrolla aplicaciones de IA usando tecnología fotónica.

Más allá de la gestión de grandes cantidades de datos, existe un segundo problema entre bastidores: la inexistencia de estándares en los sistemas operativos de datos, lo que dificulta el proceso de compartir datos entre los desarrolladores. La empresa Extrabyte, ubicada en San Francisco, pretende fundir todos en un modelo único. Así, se acelerará el proceso de investigación y desarrollo (I+D) digital de materiales a nanoescala como, por ejemplo, los semiconductores. Su propuesta es crear reglas digitales y manuales universales que ayuden a los científicos internacionales a iniciar proyectos cooperativos de una forma más completa y veloz.

La industria de la microelectrónica tiene un enfoque muy dirigido hacia la estandarización, tanto de las operaciones como de los propios materiales de trabajo, lo cual se relaciona con la inclinación por la eficiencia energética. Para el aumento de la eficiencia y rendimiento de los chips, la empresa estadounidense QuantTera ha fusionado la microelectrónica y la fotónica para su composición. Para ello, utiliza un proceso de unión de obleas a baja temperatura que le permite combinar diferentes materiales en un mismo dispositivo. Su ambición por la integración monolítica y la optimización de materiales le ayuda a competir en un mercado de alta competencia y costos.

Desde el punto de vista evolutivo, es interesante examinar las metodologías de empresas pioneras en su sector, pues es una guía para alcanzar metas propias. Equal1 es otra precursora en su esfera: la computación cuántica de silicio. Su objetivo es hacer estos sistemas más asequibles y accesibles. Para ello, se utiliza el silicio para la construcción de sus computadoras, un material más económico.

Además, ha desarrollado un procesador que permite integrar millones de qubits en un único chip. Por tanto, Equal1 está creando modelos inspirados en ordenadores cuánticos asequibles económicamente, completos y en un espacio muy compacto, actualmente, en Irlanda, EEUU, Canadá, Rumanía y Países Bajos.

Microscopía

Entre otras de las especialidades ‘micro’, destaca el trabajo de Actoprobe en el campo de la microscopía. La empresa ubicada en Albuquerque (EEUU) destaca en el campo de la microscopía óptica y espectroscopía molecular.

Una de sus investigaciones más avanzadas es la sonda UPF AAOP. Este dispositivo utiliza un láser de pulsos cortos, y a través de este mecanismo, mejora significativamente la calidad de la visualización a nanoescala y, por consiguiente, el análisis químico de las moléculas.

Este avance resulta crucial para aplicaciones en nanotecnología y puede integrarse en chips de computación cuántica, así como los desarrollados por Equal1. La rápida evolución que atraviesa la microelectrónica también entraña desafíos, los cuales se deberán enfrentar para poder proseguir por el camino del desarrollo.

Al fin y al cabo, funciona a revoluciones tan elevadas que exigen una actualización constante, y si el mundo tiene hambre de avance, quién es el científico para ponerle un freno a la tendencia natural del ser humano.

Conexión de cables sin InPlay

Además de la revolución cuántica, otra rebelión está compareciendo en el universo del IoT (Internet de las Cosas) industrial. La empresa InPlay, ubicada en California, tiene por objetivo la introducción de la conexión inalámbrica en objetos físicos de la vida cotidiana, como en electro-rodomésticos, vehículos y demás. Su intención es extrapolar esta vinculación inalámbrica a todos los aspectos de una sociedad, continuando por el tejido industrial.

InfraTrac valida la calidad de los medicamentos con métodos como la impresión 3D

El ámbito farmacéutico también se ha visto impulsado por las últimas microtecnologías e InfraTrac está en la vanguardia en el uso de microtecnologías para mejorar la calidad y seguridad de los medicamentos. La empresa norteamericana ha desarrollado un método que confirma la calidad de los medicamentos fabricados mediante métodos no tradicionales, como la impresión 3D.

Para ello, utilizan espectroscopía de infrarrojo cercano para comparar los productos fabricados con 3D con otros modelos quimiométricos de referencia. En otras palabras, la luz infrarroja se encarga de analizar las sustancias químicas y, cuando se aplican a productos de 3D, se obtiene una especie de “espectro” que muestra cómo interactúan con la luz. Los modelos quimiométricos son algoritmos matemáticos y estadísticos que comparan espectros desconocidos, como los productos 3D, con los de referencia.

Al hacer esta comparación, se puede verificar si los medicamentos 3D cumplen los estándares esperados, definidos por los analgésicos o antibióticos comunes. Este planteamiento hará posible las dosis personalizadas o fórmulas adaptadas para niños, porque se podrá hacer una evaluación más fácil de las necesidades individuales.