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05.01.2022 - 08:000

Il futuro dei computer sono gli switch ottici

Creato un nuovo interruttore ottico che è fino a 1.000 volte più veloce dei tradizionali transistor al silicio.

Una collaborazione tra IBM e scienziati russi dello Skolkovo Institute of Science and Technology ha portato allo sviluppo di uno switch ottico estremamente efficiente dal punto di vista energetico che è tra 100 e 1.000 volte più veloce dei transistor elettronici tradizionali. Lo studio, pubblicato su Nature, potrebbe rappresentare l’inizio di una nuova generazione di computer basata sulla luce anziché sull’elettricità.

Il nuovo dispositivo si basa su una pellicola polimerica larga 35 nanometri formata da un semiconduttore organico, inserita tra due specchi altamente riflettenti, uno spazio che i ricercatori hanno chiamato microcavità. Questa è costruita in modo tale da trattenere la luce in ingresso il più a lungo possibile così da facilitarne l’interazione con il materiale della cavità.

Il tutto funziona grazie a due laser che impostano il loro stato su “0” o “1” e passano da uno all’altro. Un raggio laser sterzante molto debole viene usato per accendere o spegnere un altro raggio laser più luminoso. Questo richiede solo pochi fotoni nel raggio di guida e ciò fa si che il dispositivo sia altamente efficiente.

Quando il primo laser illumina la microcavità, i suoi fotoni creano un forte legame con gli eccitoni presenti all’interno del materiale della cavità, dando origine a quasiparticelle di breve durata note come eccitoni-polaritoni. L’insieme di questi eccitoni-polaritoni può formare i cosiddetti condensati di Bose-Einstein, gruppi di particelle che si comportano come un singolo atomo. Il fascio di luce del secondo laser può quindi commutare questo condensato tra due stati misurabili che fungono come gli 0 e 1 dell’elettronica tradizionale.

In questa maniera il dispositivo può funzionare in modo incredibilmente rapido, ma può anche commutare usando in media appena un fotone di input. I transistor, invece, hanno bisogno di una gran quantità di energia in più per commutare, mentre quelli che commutano usando singoli elettroni sono molto più lenti.

«La scoperta più sorprendente è stata che potevamo innescare lo switch ottico con la più piccola quantità di luce, un singolo fotone», ha affermato Pavlos Lagoudakis, fisico dello Skolkovo Institute of Science and Technology di Mosca. Questo ha implicazioni sia sull’efficienza energetica che sulle temperature di esercizio, che potrebbero consentire ai sistemi ottici di sostituire quelli basati su transistor non solo quando sono richieste velocità più elevate, ma anche quando vi sono vincoli di raffreddamento, energia o rumore elettronico per l’implementazione del sistema.

Ovviamente al momento si tratta solo di una ricerca di laboratorio, ma Lagoudakis è convinto che questo studio potrebbe portare ad “acceleratori ottici”, ossia dispositivi di calcolo ottici in grado di eseguire operazioni specializzate più velocemente dei computer elettronici e in un tempo relativamente breve. Un altro campo di applicazione, grazie alla supersensibilità del nuovo switch ottico alla luce, potrebbe essere come rilevatore di luce negli scanner LIDAR, usati ad esempio nei droni e nei veicoli autonomi.


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