Le fibre ottiche a banda larga trasportano informazioni su impulsi di luce, alla velocità della luce, tramite fibre ottiche. Ma il modo in cui la luce viene codificata da un lato ed elaborata dall'altro influisce sulla velocità dei dati.

Questo primo dispositivo nanofotonico al mondo, appena svelato in Comunicazioni sulla natura , codifica più dati e li elabora molto più velocemente delle fibre ottiche convenzionali utilizzando una forma speciale di luce "contorta".

Dr. Haoran Ren della School of Science di RMIT, che è stato co-autore del documento, ha detto che il minuscolo dispositivo nanofotonico che hanno costruito per leggere la luce distorta è la chiave mancante necessaria per sbloccare velocemente, comunicazioni a banda ultralarga.

"Le comunicazioni ottiche odierne si stanno dirigendo verso una "crisi di capacità" poiché non riescono a tenere il passo con le crescenti richieste dei Big Data, " disse Ren.

"Quello che siamo riusciti a fare è trasmettere accuratamente i dati tramite la luce alla sua massima capacità in un modo che ci consentirà di aumentare enormemente la nostra larghezza di banda".

Comunicazioni in fibra ottica all'avanguardia, come quelli utilizzati nella National Broadband Network (NBN) australiana, utilizzare solo una frazione della capacità effettiva della luce trasportando i dati sullo spettro dei colori.

Le nuove tecnologie a banda larga in fase di sviluppo utilizzano l'oscillazione, o forma, di onde luminose per codificare i dati, aumentando la larghezza di banda sfruttando anche la luce che non possiamo vedere.

Questa ultima tecnologia, all'avanguardia delle comunicazioni ottiche, trasporta dati su onde luminose che sono state attorcigliate in una spirale per aumentare ulteriormente la loro capacità. Questo è noto come luce in uno stato di momento angolare orbitale, o OAM.

Nel 2016 lo stesso gruppo del Laboratory of Artificial-Intelligence Nanophotonics (LAIN) di RMIT ha pubblicato un documento di ricerca dirompente sulla rivista Science che descrive come sono riusciti a decodificare una piccola gamma di questa luce contorta su un chip nanofotonico. Ma la tecnologia per rilevare un'ampia gamma di luce OAM per le comunicazioni ottiche non era ancora praticabile, fino ad ora.

"Il nostro rilevatore nanoelettronico OAM in miniatura è progettato per separare diversi stati di luce OAM in un ordine continuo e per decodificare le informazioni trasportate dalla luce contorta, " disse Ren.

"Per farlo in precedenza sarebbe necessaria una macchina delle dimensioni di un tavolo, che è del tutto impraticabile per le telecomunicazioni. Utilizzando nanofogli topologici ultrasottili che misurano una frazione di millimetro, la nostra invenzione fa questo lavoro meglio e si adatta all'estremità di una fibra ottica."

Direttore LAIN e Vice Cancelliere Associato per la Ricerca, l'Innovazione e l'Imprenditorialità presso RMIT, Professor Min Gu, ha affermato che i materiali utilizzati nel dispositivo erano compatibili con i materiali a base di silicio utilizzati nella maggior parte della tecnologia, semplificando la scalabilità per le applicazioni industriali.

"Il nostro rilevatore nanoelettronico OAM è come un "occhio" che può "vedere" le informazioni trasportate dalla luce contorta e decodificarle per essere comprese dall'elettronica. Le alte prestazioni di questa tecnologia, il basso costo e le dimensioni ridotte lo rendono un'applicazione praticabile per la prossima generazione di comunicazioni ottiche a banda larga, " Egli ha detto.

"Si adatta alla scala della tecnologia in fibra esistente e potrebbe essere applicato per aumentare la larghezza di banda, o potenzialmente la velocità di elaborazione, di quella fibra di oltre 100 volte nei prossimi due anni. Questa facile scalabilità e l'enorme impatto che avrà sulle telecomunicazioni è ciò che è così eccitante".

Gu ha detto che il rilevatore può essere utilizzato anche per ricevere informazioni quantistiche inviate tramite luce torcente, il che significa che potrebbe avere applicazioni in un'intera gamma di comunicazioni quantistiche all'avanguardia e ricerca sull'informatica quantistica.

"Il nostro dispositivo nanoelettronico sbloccherà tutto il potenziale della luce contorta per le future comunicazioni ottiche e quantistiche, " disse Gu.