I computer del futuro avranno la luce al posto dei transistor?

Gli attuali dispositivi elettronici sono basati su transistor e altri dispositivi a semiconduttore. La legge di Moore si è rivelata quasi precisa in quanto sviluppiamo circuiti sempre più piccoli con un numero di transistor sempre crescente. Tuttavia, ci sarà un momento dove non saremo in grado di fare ulteriori sviluppi con i dispositivi a circuito integrato.  Con la crescente domanda di calcolo più veloce e più efficiente, la fotonica e l'ottica sembrano essere dei promettenti candidati.

Introduzione

La ricerca fotonica contribuisce alla messa in funzione di innumerevoli strumenti quotidiani: smartphone, internet ad alta velocità e controller wireless. È strettamente legata all'ottica, la tecnologia sfrutta la luce per lo sviluppo di dispositivi più piccoli, più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico.  La fotonica e l'ottica toccano un ampio spettro di industrie: produzione, tecnologia informatica globale, telecomunicazioni, medicina, energia e difesa nazionale.  L'idea è di trasferire le operazioni integrate a base di elettroni verso l'utilizzo di fotoni o luce. Ciò include il trasferimento di dati da internet, telefoni, televisori e radio con strumenti quali laser, fibra ottica e rilevatori ottici.

I giganti tecnologici come Intel, IBM e Google stanno investendo e lo faranno sempre di più nella tecnologia fotonica. Le tecnologie portatili come Google Glass e Hololens di Microsoft (figura 1) hanno mostrato come possiamo usare la luce per collegare il nostro mondo digitale alle nostre vite. Quindi tutto ciò che possiamo aspettarci è un'esperienza migliore e più risorse computazionali di calcolo.  Un circuito integrato fotonico (PIC) o un circuito ottico integrato è un dispositivo che integra più funzioni fotoniche e in quanto tale è simile a un circuito integrato elettronico. Un circuito integrato fotonico fornisce funzioni per i segnali di informazione imposti sulle lunghezze d'onda ottiche tipicamente nello spettro visibile o nei pressi dell'infrarosso da 850 nm-1650 nm.

Figura 1: Hololens

Imaging

L'imaging ci permette di vedere i vari cambiamenti fisici e chimici che si verificano in un sistema. Con il primo dispositivo a fotocamera simile ad una camera obscura ai moderni DSLR, le nostre telecamere e sistemi di imaging sono cambiati drasticamente. L'imaging svolge un ruolo cruciale soprattutto nella scienza della vita, nella medicina e nelle questioni di sicurezza, ma è anche importante in molti settori della fisica e della chimica. L'imaging con velocità di fotogrammi super-elevate ci ha dato un modo per studiare fenomeni ultrafini come le reazioni chimiche ed effetti elettronici che si verificano in una durata infinitesimilmente ridotta del tempo. Ciò è stato ottenuto con l'ausilio di laser pulsati a freddo, che ci permettono di effettuare studi di pompaggio per eventi ripetitivi e anche studi di modalità burst per eventi non ripetitivi. I dispositivi di scansione negli aeroporti e in altri luoghi importanti per le misure di sicurezza si basano su tali sistemi spettroscopici. Possiamo prevedere sistemi di imaging più economici, sicuri e veloci basati sulla radiazione dei terahertz.  Le onde del terahertz hanno alcune caratteristiche uniche che li rendono interessanti per la scienza. Passano attraverso la maggior parte dei materiali non conduttori, in modo che possano essere usati per esaminare gli indumenti o per scopi di sicurezza, inoltre hanno meno energia rispetto ai raggi X e non danneggiano il tessuto umano o il DNA.

Energia e comunicazione

Con la necessità di migliorare le fonti di energia rinnovabili, le celle solari hanno dimostrato efficacemente la loro fama. Nuovi progetti basati sull'ingegneria consentono di utilizzare lo spettro solare nel modo più efficiente, evitando così danni alla materia costituente la cella fotovoltaica. Inoltre, uno studio dettagliato sulle interazioni di fotosintesi e di materia luminosa può un giorno permetterci di costruire dispositivi di raccolta energetica più efficienti. Questo ci aiuterà a risolvere la nostra crisi energetica e fino ad un certo punto ostacolare il deterioramento del nostro ambiente. Space-based solar power (SBSP) è il concetto al fine di raccogliere l'energia solare nello spazio esterno e distribuirlo sulla Terra. I vantaggi potenziali della raccolta dell'energia solare nello spazio includono un tasso di raccolta più elevato, e un periodo di raccolta più lungo a causa della mancanza di atmosfera diffusa e la possibilità di mettere un collettore solare in una località orbitante. Il professor MIT Marin Soljačić aveva avviato WiTricity Corporation che ha sviluppato e brevettato la tecnologia Highly Resonant Wireless Power Transfer che utilizza onde elettromagnetiche per il trasferimento di potenza in modalità wireless.

Figura 2: schema a blocchi del funzionamento della comunicazione Li-Fi

Li-Fi (comunicazione basata sulla luce) è un'altra idea che ci darà un vantaggio rispetto ai sistemi di comunicazione in onda radio (figura 2). I semplici LED potrebbero essere usati come trasmettitori. Con la luce abbiamo più larghezza di banda e possiamo utilizzare tecniche di multiplexing per inviare ulteriori informazioni sullo stesso canale. L'uso di coppie di fotoni per una comunicazione altamente sicura è un'altra interessante prospettiva futura per importanti transazioni online dove tecniche di crittografia quantistica garantiscono elevata sicurezza.

 

 

 

 

6 Commenti

  1. Andrea Garrapa Andrea Garrapa 26 luglio 2017
  2. Marcello Colozzo 27 luglio 2017
    • Andrea Garrapa Andrea Garrapa 27 luglio 2017
      • Marcello Colozzo 27 luglio 2017
    • Marcello Colozzo 27 luglio 2017

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