Il wireless ottico potrebbe non avere più ostacoli. Uno studio del Politecnico di Milano, condotto insieme alla Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, all'Università di Glasgow e alla Stanford University, e pubblicato su Nature Photonics , ha permesso di creare chip fotonici che calcolano matematicamente la forma ottimale della luce per attraversare al meglio qualsiasi ambiente, anche quello sconosciuto o mutevole nel tempo.
Il problema è noto:la luce è sensibile a qualsiasi forma di ostacolo, anche quelli molto piccoli. Pensiamo, ad esempio, a come vediamo gli oggetti quando guardiamo attraverso una finestra smerigliata o semplicemente quando i nostri occhiali si appannano. L'effetto è abbastanza simile su un raggio di luce che trasporta flussi di dati in sistemi wireless ottici:l'informazione, pur essendo ancora presente, è completamente distorta ed estremamente difficile da recuperare.
I dispositivi sviluppati in questa ricerca sono piccoli chip di silicio che fungono da ricetrasmettitori intelligenti:lavorando in coppia, possono 'calcolare' automaticamente e indipendentemente quale forma deve avere un raggio di luce per attraversare un generico ambiente con la massima efficienza. E non è tutto:possono anche generare più raggi sovrapposti, ciascuno con la propria forma, e indirizzarli senza che interferiscano tra loro; in questo modo la capacità di trasmissione viene notevolmente aumentata, proprio come richiesto dai sistemi wireless di nuova generazione.
"I nostri chip sono processori matematici che effettuano calcoli con la luce in modo molto rapido ed efficiente, quasi senza consumo di energia. I fasci ottici sono generati attraverso semplici operazioni algebriche, essenzialmente somme e moltiplicazioni, eseguite direttamente sui segnali luminosi e trasmessi direttamente da micro-antenne integrata sui chip. Questa tecnologia offre numerosi vantaggi:estrema facilità di elaborazione, elevata efficienza energetica e un'enorme larghezza di banda superiore a 5000 GHz," spiega Francesco Morichetti, responsabile del Laboratorio Dispositivi Fotonici del Politecnico di Milano.
"Oggi tutte le informazioni sono digitali, ma in realtà le immagini, i suoni e tutti i dati sono intrinsecamente analogici. La digitalizzazione consente elaborazioni molto complesse, ma con l'aumento del volume dei dati, queste operazioni diventano sempre meno sostenibili in termini di energia e Oggi c'è un grande interesse a tornare alle tecnologie analogiche, attraverso circuiti dedicati (coprocessori analogici) che fungeranno da abilitatori per i sistemi di interconnessione wireless 5G e 6G del futuro. I nostri chip funzionano proprio così", Andrea Melloni , dice il direttore di Polifab, il centro di micro e nanotecnologie del Politecnico di Milano.
"Il calcolo analogico mediante processori ottici è cruciale in numerosi scenari applicativi che includono acceleratori matematici per sistemi neuromorfici, calcolo ad alte prestazioni (HPC) e intelligenza artificiale, computer quantistici e crittografia, sistemi avanzati di localizzazione, posizionamento e sensori, e in generale, in tutti sistemi in cui è richiesta l'elaborazione di grandi quantità di dati ad altissima velocità," aggiunge Marc Sorel, Professore di Elettronica presso l'Istituto TeCIP (Istituto di Telecomunicazioni, Ingegneria Informatica e Fotonica) della Scuola Superiore Sant'Anna.
Ulteriori informazioni: SeyedMohammad SeyedinNavadeh et al, Determinazione dei canali di comunicazione ottimali di sistemi ottici arbitrari utilizzando processori fotonici integrati, Nature Photonics (2023). DOI:10.1038/s41566-023-01330-w
Informazioni sul giornale: Fotonica della natura
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