Forzando la luce a passare attraverso uno spazio più piccolo che mai, i ricercatori hanno aperto la strada a computer basati sulla luce invece che sull'elettronica.

La luce è desiderabile per l'uso nell'informatica perché può trasportare una maggiore densità di informazioni ed è molto più veloce ed efficiente dell'elettronica convenzionale. Però, la luce non interagisce facilmente con se stessa, quindi, sebbene possa essere utilizzato per spostare rapidamente le informazioni, non è molto bravo a elaborare le informazioni.

Per esempio, la luce è attualmente utilizzata per trasferire informazioni su lunghe distanze, come nei cavi transatlantici e nelle fibre ottiche, che forniscono Internet veloce. Però, una volta che le informazioni raggiungono il tuo computer, l'elettronica è necessaria per convertirlo ed elaborarlo.

Per utilizzare la luce per la lavorazione su microchip, devono essere superati diversi ostacoli importanti. Per esempio, la luce può essere fatta interagire utilizzando materiali particolari, ma solo su distanze relativamente lunghe. Ora, però, un team dell'Imperial College di Londra ha fatto un significativo passo avanti riducendo di 10 la distanza alla quale la luce può interagire, 000 volte.

Ciò significa che ciò che in precedenza sarebbe stato necessario ottenere in centimetri può ora essere realizzato su scala micrometrica (un milionesimo di metro), portando l'elaborazione ottica nella gamma dei transistor elettrici, che attualmente alimentano i personal computer. I risultati sono pubblicati oggi sulla rivista Scienza .

Il dottor Michael Nielsen, dal Dipartimento di Fisica dell'Imperial, ha dichiarato:"Questa ricerca ha spuntato una delle caselle necessarie per il calcolo ottico.

"Perché la luce non interagisce facilmente con se stessa, le informazioni inviate utilizzando la luce devono essere convertite in un segnale elettronico, e poi di nuovo alla luce. La nostra tecnologia consente di ottenere la lavorazione esclusivamente con la luce."

Normalmente quando due fasci di luce si incrociano i singoli fotoni non interagiscono né si alterano a vicenda, come fanno due elettroni quando si incontrano. Speciali materiali ottici non lineari possono far interagire i fotoni, ma l'effetto è solitamente molto debole. Ciò significa che è necessario un lungo arco di materiale per accumulare gradualmente l'effetto e renderlo utile.

Però, spremendo la luce in un canale largo solo 25 nanometri (25 miliardesimi di metro), la squadra imperiale ha aumentato la sua intensità. Ciò ha permesso ai fotoni di interagire più fortemente a breve distanza, modificando la proprietà della luce che emergeva dall'altra estremità del canale lungo un micrometro.

Il controllo della luce su una scala così piccola è un passo importante è la costruzione di computer che utilizzano la luce al posto dell'elettronica. L'informatica è al limite dell'efficienza; mentre è possibile realizzare un processore elettronico più veloce, il costo energetico per spostare i dati della memoria intorno al computer più velocemente è troppo alto.

Per rendere i computer più potenti, i processori sono invece ridotti, così più possono stare nello stesso spazio, senza aumentare la velocità di elaborazione. L'elaborazione ottica può generare poco o nessun calore, il che significa che l'uso della luce può rendere i computer molto più veloci ed efficienti.

Il team ha ottenuto l'effetto utilizzando un canale metallico per focalizzare la luce all'interno di un polimero precedentemente studiato per l'uso nei pannelli solari. I metalli sono più efficienti nel focalizzare la luce rispetto ai tradizionali materiali trasparenti, e sono anche usati per dirigere segnali elettrici.

La nuova tecnologia non è quindi solo più efficiente, ma può essere integrato con l'elettronica attuale.

Dottor Rupert Oulton, del Dipartimento di Fisica dell'Imperial ha dichiarato:"L'uso della luce per trasferire informazioni si è avvicinato alle nostre case. È stato utilizzato per la prima volta nei cavi transatlantici, dove la capacità era più cruciale, ma ora la banda larga in fibra ottica viene installata in sempre più strade nel Regno Unito. Con l'aumentare della nostra fame di ulteriori dati, l'ottica dovrà entrare in casa, ed eventualmente all'interno dei nostri computer."

Oltre a fornire un importante passo avanti verso il calcolo ottico, il risultato del team risolve potenzialmente un problema di vecchia data nell'ottica non lineare. Poiché i fasci di luce interagenti con colori diversi passano attraverso un materiale ottico non lineare a velocità diverse, possono diventare "fuori passo" e l'effetto desiderato può andare perduto.

Nel nuovo dispositivo, perché la luce percorre una distanza così breve, non ha il tempo di perdere il passo. Questo elimina il problema, e consente ai dispositivi ottici non lineari di essere più versatili nel tipo di elaborazione ottica che può essere ottenuta.

Barra laterale:cos'è l'ottica non lineare?

Il processo mediante il quale i fotoni interagiscono è chiamato ottica non lineare. Le tecnologie che lo utilizzano sono abbastanza comuni:un semplice esempio è un puntatore laser verde. È difficile realizzare direttamente un laser verde, quindi i cristalli ottici non lineari vengono utilizzati per convertire la luce infrarossa in verde.

Luce infrarossa invisibile da un diodo laser a semiconduttore, alimentato da batterie, viene fatto passare attraverso un cristallo che consente ai fotoni di interagire tra loro. Qui, due fotoni infrarossi (invisibili) si uniscono per formare un singolo fotone con il doppio dell'energia, corrispondente alla luce verde.