La luce sta emergendo come il veicolo principale per l'elaborazione delle informazioni nei computer e nelle telecomunicazioni man mano che aumenta la nostra esigenza di efficienza energetica e larghezza di banda.

Già il gold standard per la comunicazione intercontinentale attraverso la fibra ottica, i fotoni stanno sostituendo gli elettroni come principali vettori di informazioni attraverso le reti ottiche e nel cuore stesso dei computer.

Però, rimangono sostanziali barriere ingegneristiche per completare questa trasformazione. I circuiti in silicio standard del settore che supportano la luce sono più di un ordine di grandezza più grandi dei moderni transistor elettronici. Una soluzione è "comprimere" la luce utilizzando guide d'onda metalliche, tuttavia ciò non richiederebbe solo una nuova infrastruttura di produzione, ma anche il modo in cui la luce interagisce con i metalli sui chip significa che le informazioni fotoniche vengono facilmente perse.

Ora scienziati in Australia e Germania hanno sviluppato un metodo modulare per progettare dispositivi su scala nanometrica per aiutare a superare questi problemi, combinando il meglio del design tradizionale dei chip con l'architettura fotonica in una struttura ibrida. La loro ricerca è pubblicata oggi in Comunicazioni sulla natura .

"Abbiamo costruito un ponte tra i sistemi fotonici al silicio standard del settore e le guide d'onda a base di metallo che possono essere rese 100 volte più piccole pur mantenendo l'efficienza, ", ha affermato l'autore principale, il dott. Alessandro Tuniz dell'Università di Sydney Nano Institute and School of Physics.

Questo approccio ibrido consente la manipolazione della luce su scala nanometrica, misurata in miliardesimi di metro. Gli scienziati hanno dimostrato che possono ottenere la manipolazione dei dati a 100 volte inferiori alla lunghezza d'onda della luce che trasporta le informazioni.

"Questo tipo di efficienza e miniaturizzazione sarà essenziale per trasformare l'elaborazione dei computer in modo che si basi sulla luce. Sarà anche molto utile nello sviluppo di sistemi informativi quanto-ottici, una piattaforma promettente per i futuri computer quantistici, " ha affermato il Professore Associato Stefano Palomba, un coautore dell'Università di Sydney e Nanophotonics Leader a Sydney Nano.

"Alla fine ci aspettiamo che le informazioni fotoniche migreranno alla CPU, il cuore di qualsiasi computer moderno. Una tale visione è già stata delineata da IBM".

I dispositivi su scala nanometrica su chip che utilizzano metalli (noti come dispositivi "plasmonici") consentono funzionalità che nessun dispositivo fotonico convenzionale consente. Soprattutto, comprimono efficacemente la luce fino a pochi miliardesimi di metro e quindi ottengono un enorme miglioramento, senza interferenze, interazioni luce-materia.

"Oltre a rivoluzionare la lavorazione generale, questo è molto utile per processi scientifici specializzati come la nano-spettroscopia, sensori su scala atomica e rilevatori su nanoscala, " ha detto il dottor Tuniz anche dal Sydney Institute of Photonics and Optical Science.

Però, la loro funzionalità universale era ostacolata dall'affidarsi a progetti ad hoc.

"Abbiamo dimostrato che due design separati possono essere uniti insieme per migliorare un chip comune che in precedenza non faceva nulla di speciale, " disse il dottor Tuniz.

Questo approccio modulare consente una rapida rotazione della polarizzazione della luce nel chip e, a causa di quella rotazione, consente rapidamente la nanofocalizzazione fino a circa 100 volte inferiore alla lunghezza d'onda.

Il professor Martijn de Sterke è direttore dell'Istituto di fotonica e scienze ottiche dell'Università di Sydney. Ha detto:"È probabile che il futuro dell'elaborazione delle informazioni implichi fotoni che utilizzano metalli che ci consentono di comprimere la luce su scala nanometrica e integrare questi progetti nella fotonica del silicio convenzionale".