Illustrazione schematica del chip (Michal Lipson lab foto) - www.systemcue.it
Un chip nato per caso trasforma un singolo laser in decine di canali: così potrebbe cambiare il futuro di Internet.
Nel mondo della ricerca scientifica succede spesso così: mentre si cerca una cosa, se ne trova un’altra. E a volte, quella scoperta secondaria può essere molto più interessante di quanto ci si aspettasse. È proprio quello che è capitato in un laboratorio della Columbia University, dove un esperimento pensato per migliorare una tecnologia ben precisa ha portato, del tutto inaspettatamente, a una potenziale svolta nel campo delle telecomunicazioni.
L’obiettivo iniziale era lavorare sul LiDAR, un sistema che usa fasci di luce per calcolare distanze con grande accuratezza. In pratica, volevano costruire chip più potenti per ottenere raggi più intensi e definiti. Internet, in tutto questo, non c’entrava assolutamente niente. Eppure, durante i test, i ricercatori hanno notato qualcosa di strano che non si riusciva a ignorare: un comportamento della luce che non avevano previsto.
Quel chip, sotto carichi elevati, iniziava a produrre una sorta di “pettine” fatto di luce: una sequenza di colori ordinati, spaziati in modo regolare. È un fenomeno chiamato frequency comb, e quando compare, vuol dire che una singola sorgente luminosa sta generando decine di fasci differenti, tutti ben separati e utilizzabili singolarmente. Un po’ come avere una tastiera dove ogni tasto può trasmettere un segnale diverso.
Questo tipo di luce “pettinata” di solito richiede strumentazione ingombrante e molto costosa, roba da laboratori avanzati. E invece qui compariva su un singolo chip in silicio, grande pochi millimetri. Una curiosità tecnica, sì, ma anche qualcosa che poteva cambiare le regole del gioco. Il team della professoressa Michal Lipson ha deciso allora di approfondire.
Tutto parte da un laser molto potente, il cosiddetto multimode laser diode, utilizzato spesso in ambiti industriali o medici. Produce una luce intensa, ma “disordinata”, poco adatta a usi precisi. La sfida era trasformarla in qualcosa di utile e stabile, e per riuscirci il gruppo di ricerca ha messo a punto un meccanismo di “blocco” ottico in grado di ripulire il segnale.
Una volta resa stabile, quella luce veniva manipolata grazie alle proprietà non lineari del chip, fino a generare una serie di frequenze perfettamente distinte. Ogni colore è un canale a sé. In pratica, da un singolo fascio nasce una rete di percorsi ottici, tutti sfruttabili per trasportare dati. Il tutto su un dispositivo minuscolo, efficiente, e molto meno costoso delle soluzioni tradizionali.
Ed è qui che le cose diventano davvero interessanti. Perché questo piccolo chip non è solo un bel trucco di laboratorio: potrebbe finire presto dentro ai grandi centri di elaborazione dati che alimentano il web globale. Oggi, la maggior parte di questi sistemi utilizza un solo raggio laser per ogni collegamento, il che limita la quantità di informazioni che si possono trasmettere in parallelo. Con questo nuovo approccio, invece, decine di fasci viaggiano insieme nella stessa fibra ottica, senza disturbarsi a vicenda. Si tratta della stessa logica che ha reso possibile l’esplosione della banda larga negli anni Novanta, solo che ora è stata miniaturizzata e resa molto più accessibile. Il risultato? Più velocità, meno consumo energetico, e un enorme risparmio di spazio.
Secondo lo studio pubblicato su Nature Photonics, coordinato da Lipson e con la partecipazione dell’ingegnere Andres Gil-Molina, questa tecnologia potrebbe avere applicazioni ben oltre i data center. Parliamo di strumenti portatili per analisi chimiche, orologi ottici ad altissima precisione, dispositivi quantistici compatti e perfino nuove generazioni di sensori LiDAR. Una tecnologia da laboratorio che, se tutto andrà secondo i piani, potrebbe finire direttamente nella nostra vita quotidiana.