Dal Mantello dell'Invisibilità di Harry Potter al dispositivo di occultamento romulano che ha reso invisibile la loro nave da guerra in "Star Trek, "la magia dell'invisibilità era solo il prodotto di scrittori e sognatori di fantascienza.

Ma il professore associato di ingegneria elettrica e informatica dell'Università dello Utah Rajesh Menon e il suo team hanno sviluppato un dispositivo di occultamento per dispositivi fotonici integrati microscopici, gli elementi costitutivi dei chip per computer fotonici che funzionano con la luce anziché con la corrente elettrica, nel tentativo di rendere i chip futuri più piccoli. , più velocemente e consumano molta meno energia.

La scoperta di Menon è stata pubblicata online mercoledì nell'ultima edizione della rivista scientifica, Comunicazioni sulla natura . Il documento è stato co-scritto dallo studente di dottorato dell'Università dello Utah Bing Shen e Randy Polson, ingegnere ottico senior nello Utah Nanofab negli Stati Uniti.

Il futuro dei computer, data center e dispositivi mobili coinvolgeranno chip fotonici in cui i dati vengono trasportati ed elaborati come fotoni di luce anziché come elettroni. I vantaggi dei chip fotonici rispetto agli odierni chip a base di silicio sono che saranno molto più veloci e consumeranno meno energia e quindi emetteranno meno calore. E all'interno di ogni chip ci sono potenzialmente miliardi di dispositivi fotonici, ciascuno con una funzione specifica più o meno allo stesso modo in cui miliardi di transistor hanno funzioni diverse all'interno dei chip di silicio di oggi. Per esempio, un gruppo di dispositivi eseguirebbe calcoli, un altro eseguirebbe determinate elaborazioni, e così via.

Il problema, però, è se due di questi dispositivi fotonici sono troppo vicini l'uno all'altro, non funzioneranno perché la perdita di luce tra di loro causerà "diafonia" molto simile a un'interferenza radio. Se sono distanziati per risolvere questo problema, ti ritrovi con un chip troppo grande.

Quindi Menon e il suo team hanno scoperto che puoi mettere una speciale barriera a base di silicio nanomodellata tra due dei dispositivi fotonici, che agisce come un "mantello" e inganna un dispositivo per non vedere l'altro.

"Il principio che stiamo usando è simile a quello del mantello dell'invisibilità di Harry Potter, " dice Menon. "Qualsiasi luce che arriva a un dispositivo viene reindirizzata indietro come per imitare la situazione di non avere un dispositivo vicino. È come una barriera:respinge la luce nel dispositivo originale. È essere indotti a pensare che non ci sia niente dall'altra parte".

Di conseguenza, miliardi di questi dispositivi fotonici possono essere impacchettati in un singolo chip, e un chip può contenere più di questi dispositivi per una funzionalità ancora maggiore. E poiché questi chip fotonici usano fotoni di luce invece di elettroni per trasferire i dati, che accumula calore, questi chip potrebbero potenzialmente consumare da 10 a 100 volte meno energia, il che sarebbe un vantaggio per luoghi come i data center che utilizzano enormi quantità di elettricità.

Menon ritiene che l'applicazione più immediata per questa tecnologia e per i chip fotonici in generale sarà per data center simili a quelli utilizzati da servizi come Google e Facebook. Secondo uno studio del Lawrence Berkeley National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, i data center solo negli Stati Uniti hanno consumato 70 miliardi di chilowattora nel 2014, o circa l'1,8% del consumo totale di elettricità negli Stati Uniti. E si prevede che il consumo di energia aumenterà di un altro 4% entro il 2020.

"Passando dall'elettronica alla fotonica possiamo rendere i computer molto più efficienti e in definitiva avere un grande impatto sulle emissioni di carbonio e sull'utilizzo di energia per tutti i tipi di cose, " Dice Menon. "È un grande impatto e molte persone stanno cercando di risolverlo".

Attualmente, i dispositivi fotonici sono utilizzati principalmente in apparecchiature militari di fascia alta, e si aspetta che i chip a base fotonica completi saranno impiegati nei data center entro pochi anni.