Un team di scienziati dell'Università di Otago/Dodd-Walls Center ha creato un nuovo dispositivo che potrebbe consentire alla prossima generazione di Internet più efficiente dal punto di vista energetico. I loro risultati rivoluzionari sono stati pubblicati nella prima rivista scientifica al mondo Natura questa mattina.

Internet è uno dei maggiori consumatori di energia al mondo. Con la capacità dei dati che dovrebbe raddoppiare ogni anno e l'infrastruttura fisica utilizzata per codificare ed elaborare i dati che raggiungono i suoi limiti, c'è un'enorme pressione per trovare nuove soluzioni per aumentare la velocità e la capacità di Internet.

La ricerca del Principal Investigator Dr. Harald Schwefel e Dr. Madhuri Kumari ha trovato una risposta. Hanno creato un dispositivo chiamato pettine di frequenza ottica microrisonatore costituito da un minuscolo disco di cristallo. Il dispositivo trasforma un singolo colore di luce laser in un arcobaleno di 160 frequenze diverse, ogni raggio totalmente sincronizzato tra loro e perfettamente stabile. Uno di questi dispositivi potrebbe sostituire centinaia di laser che consumano energia attualmente utilizzati per codificare e inviare dati in tutto il mondo.

Il lavoro è nato dalla precedente ricerca del Dr. Schwefel presso il prestigioso Max Planck Institute in Germania e dalla sua collaborazione con il Dr. Alfredo Rueda che ha svolto alcune delle ricerche preliminari.

Internet è alimentato da laser. ogni e-mail, la telefonata e la visita al sito web vengono codificate in dati e inviate in tutto il mondo tramite luce laser. Al fine di stipare più dati in una singola fibra ottica, le informazioni vengono suddivise in diverse frequenze di luce che possono essere trasmesse in parallelo.

Il Dr. Kumari afferma che l'attuale infrastruttura sta lottando per far fronte alla domanda poiché il consumo di Internet aumenta in modo significativo.

"I laser emettono solo un colore alla volta. Ciò significa che, se la tua applicazione richiede molti colori diversi contemporaneamente, hai bisogno di molti laser. Tutti costano denaro e consumano energia. L'idea di questi nuovi pettini di frequenza è che si lancia un colore nel microrisonatore e ne esce un'intera gamma di nuovi colori, " dice il dottor Kumari.

"È uno schema di risparmio energetico davvero interessante, "dice il dottor Schwefel, "Sostituisce un intero rack di laser con un piccolo dispositivo ad alta efficienza energetica".

Si aspetta che i dispositivi vengano incorporati nelle stazioni di atterraggio sub-oceaniche dove tutte le informazioni provenienti dalle fibre terrestri sono stipate nelle poche fibre sub-oceaniche disponibili in meno di un decennio, forse entro pochi anni.

"Per sviluppare il dispositivo per l'industria delle telecomunicazioni dovremo iniziare a lavorare con le principali società di telecomunicazioni, " Il Dr. Schwefel spiega. "Abbiamo avviato il processo collaborando con un'azienda di tecnologia ottica con sede in Nuova Zelanda".

Questa svolta è la prima pietra miliare in una collaborazione finanziata dal governo tra scienziati dell'Università di Otago e dell'Università di Auckland che fanno parte del Dodd-Walls Center for Quantum and Photonic Technologies, un'organizzazione virtuale che riunisce i migliori ricercatori della Nuova Zelanda che lavorano nei campi della luce e della scienza quantistica. Il progetto di ricerca ha ricevuto quasi un milione di dollari di fondi Marsden Fund per sviluppare e testare il potenziale dei pettini di frequenza dei microrisonatori.

I pettini di frequenza ottici si basano su un effetto ottico molto insolito che si verifica quando l'intensità della luce raggiunge livelli estremamente elevati. Invii un singolo colore di luce visibile nel disco di cristallo insieme a un segnale a microonde e poiché il disco di cristallo è di così alta qualità, la luce e le radiazioni delle microonde rimangono intrappolate all'interno. La luce e le radiazioni a microonde continuano a riversarsi e rimbalzare intorno e intorno all'interno del cristallo. Nella maggior parte delle situazioni la luce non cambia mai colore, ma in questo caso l'intensità diventa così alta che la luce e la radiazione a microonde iniziano a fondersi ea creare colori diversi. Il fenomeno è noto come effetto non lineare e il team ha impiegato molti anni per ottimizzarlo.

L'unico altro gruppo al mondo che produce dispositivi di qualità competitiva è una collaborazione delle università di Harvard e Stanford negli Stati Uniti, pubblicato anche in questo mese Natura , ma attualmente i dottori Schwefel e Kumari detengono il record per il dispositivo più efficiente. Essenzialmente questo significa che i loro cristalli non perdono luce. Il trucco è avere un cristallo di altissima qualità. Il gruppo di Harald è un esperto mondiale nella creazione di dischi di cristallo nel suo laboratorio dell'Università di Otago.

Internet è solo una delle possibili applicazioni per i nuovi pettini di frequenza ottici. Un altro uso è la spettroscopia ad alta precisione, che utilizza la luce laser per studiare e identificare la composizione chimica, proprietà e struttura dei materiali comprese le malattie, esplosivi e prodotti chimici. La prossima missione del Dr. Kumari sarà quella di esplorare questa applicazione tra le altre possibilità.

"Questo è un progetto molto molto eccitante su cui lavorare, " afferma il Dr. Kumari. "I pettini a frequenza ottica hanno letteralmente rivoluzionato ogni campo di applicazione che hanno toccato. Puoi usarli per la spettroscopia vibrazionale, misurazione della distanza, telecomunicazioni. Non vedo l'ora di vedere come possiamo usare il nostro".