I computer del futuro non useranno collegamenti in rame per far comunicare i componenti interni tra loro bensì si avvarranno della luce, ossia di collegamenti ottici. Ne parliamo da tempo e sono numerose le realtà che lavorano su questa tecnologia. Tra questi gli ingegneri dell'Università Stanford, che hanno presentato il frutto del loro recente impegno.
Gli studiosi hanno progettato e realizzato un dispositivo prismatico che può dividere un fascio di luce in colori differenti e piegare la luce ad angolo retto. Tale soluzione - secondo i ricercatori - potrebbe favorire lo sviluppo di computer che usano la luce, piuttosto che l'elettricità, per trasportare i dati. Lo studio, pubblicato su Scientific Reports, descrive quello che i ricercatori hanno chiamato "optical link", collegamento ottico.
Questo piccolo pezzo di silicio, inciso con un modello che ricorda un codice a barre, permette di fare un ulteriore passo avanti verso il collegamento di componenti dei computer tramite la luce piuttosto che i tradizionali fili
"È una piccola fetta di silicio incisa con un modello che assomiglia a un codice a barre. Quando un fascio di luce è sparato nel collegamento, due diverse lunghezze d'onda (colori) di luce all'ingresso si scindono perpendicolarmente, formando una forma T. Questo è un grande passo verso la creazione di un sistema completo per collegare componenti di computer con la luce anziché i fili".
La luce può trasportare molti più dati di un filo di rame, inoltre serve meno energia per trasmettere fotoni rispetto agli elettroni. La professoressa Jelena Vuckovic, che ha guidato la ricerca (non nuova ai lettori di Tom's), ha spiegato che il suo team ha potuto fare questi progressi grazie a un algoritmo innovativo che è stato usato per progettare, costruire e testare un collegamento compatibile con le attuali reti di fibre ottiche.
L'algoritmo automatizza il processo di progettazione permettendo di creare strutture in nanoscala del tutto nuove per controllare la luce. "La struttura creata a Stanford", si legge sul sito dell'Università, "è stata ottenuta praticando piccola incisione simile a un codice a barre nel silicio che divide onde di luce in modo simile a un prisma in piccola scala. Il team ha progettato l'effetto affidandosi al fatto che la velocità della luce cambia mentre si muove attraverso diversi materiali".
Con velocità della luce s'intende la velocità con cui la luce viaggia nel vuoto. Nell'aria la luce si muove meno rapidamente e in acqua persino più lentamente. Una proprietà dei materiali chiamata indice di rifrazione caratterizza la differenza di velocità. Maggiore è l'indice, più lento è il passaggio della luce nel materiale. L'aria ha un indice prossimo a 1 e l'acqua a 1.3. La luce infrarossa viaggia più lentamente nel silicio (indice di rifrazione pari a 3.5).
L'algoritmo ha così progettato una struttura con strisce di silicio alternate e vuoti d'aria. Poiché mentre la luce passa da un materiale all'altro una parte viene riflessa e una trasmessa, si viene a creare un'interferenza che l'algoritmo sfrutta per indirizzare una lunghezza d'onda verso sinistra e una verso destra, tutto all'interno del piccolo chip in silicio con una lunghezza di 8 micron.
Entrambi i fasci luminosi da 1300 nanometri e 1550 nanometri, corrispondenti a lunghezze d'onda in banda C e O usate nelle reti in fibra ottica, sono stati irradiati sul dispositivo dall'alto. La struttura a codice a barre ha direzionato la luce in banda C in un modo e la luce in banda O nell'altro, proprio sul chip.
Per progettare il dispositivo i ricercatori hanno adattato concetti di ottimizzazione convessa, un approccio matematico per risolvere problemi complessi come il commercio nel mercato azionario. Hanno così scoperto come creare automaticamente nuove forme in nanoscala per far sì che la luce si comporti in modi specifici e determinabili.
"Per molti anni, i ricercatori in nanofotonica hanno realizzato strutture con geometrie semplici e forme regolari", ha detto Vuckovic. "Le strutture che vedete prodotte da questo algoritmo non sono simili a nulla fatto prima".
L'algoritmo ha iniziato il suo lavoro partendo dal progetto del silicio. Poi, attraverso centinaia di piccoli aggiustamenti, ha trovato le strutture di codici a barre sempre migliori per produrre l'uscita di luce desiderata. La cosa interessante è che l'algoritmo può progettare strutture simili a quella ottenuta in 15 minuti sfruttando un comune portatile.