Creato uno switch ottico fino a 1000 volte più veloce dei transistor

Scienziati russi, insieme a IBM, hanno creato uno switch ottico tra 100 e 1000 volte più veloce dei transistor elettronici tradizionali. Lo studio, pubblicato su Nature, potrebbe gettare le basi per una futura generazione di computer basata sulla luce anziché l'elettricità. A differenza dei transistor che commutano tra uno stato elettrico e un altro, la fotonica si basa su switch ottici potenzialmente molto più veloci: i fotoni possono viaggiare alla velocità della luce, cosa che invece non possono fare gli elettroni.

Il nuovo dispositivo, secondo quanto raccontato da IEEE Spectrum, si basa su una pellicola polimerica formata da un semiconduttore organico e larga 35 nanometri, inserita tra due specchi altamente riflettenti. Il risultato è una cavità microscopica progettata per mantenere la luce in ingresso intrappolata il più a lungo possibile per aiutarla ad "accoppiarsi" con il materiale della cavità.

Alla base di tutto ci sono due laser. 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 ciascuna come un singolo atomo. Il fascio di luce del secondo laser può quindi commutare questo condensato tra due stati misurabili che fungono come gli zero e uno dell'elettronica tradizionale.

Il nuovo dispositivo non solo può funzionare in modo straordinariamente rapido, ma può commutare usando in media appena un fotone di input. Al contrario, i transistor hanno generalmente bisogno di dozzine di volte più energia 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 dichiarato Pavlos Lagoudakis, fisico dello Skolkovo Institute of Science and Technology di Mosca. E mentre l'elettronica moderna richiede sistemi di raffreddamento che necessitano essi stessi energia e aumentano i costi, il nuovo switch ottico funziona a temperatura ambiente.

Come forse avrete capito, siamo ancora alla ricerca di laboratorio, ben lontani da qualsiasi applicazione pratica. "Ci sono voluti 40 anni affinché il primo transistor elettronico entrasse in un personal computer e l'investimento di molti governi e aziende e migliaia di ricercatori e ingegneri", ha dichiarato Lagoudakis. "Spesso si fa confusione sul tempo richiesto per far arrivare sul mercato una scoperta nell'ambito della fisica fondamentale".

Lagoudakis ritiene, tuttavia, che la ricerca potrebbe portare ad "acceleratori ottici", ossia dispositivi di calcolo ottici in grado di eseguire operazioni specializzate più velocemente dei computer elettronici, in un tempo "relativamente" breve. "Potrebbero essere usati per rimuovere i colli di bottiglia di calcolo nei supercomputer che di solito si basano su un'elaborazione parallela massiccia". Un altro campo applicativo, grazie alla supersensibilità del nuovo switch ottico alla luce, potrebbe essere come rilevatore di luce negli scanner LIDAR, usati ad esempio in droni e nei veicoli autonomi.

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