“Luce lenta” in un chip promette un salto nelle telecomunicazioni

SANTA CRUZ, California – Un sottile dispositivo ottico costruito in un chip di silicio ha raggiunto il record di rallentamento nella propagazione della luce, riducendo la velocità dei raggi luminosi di 1.200 volte, come riportato in uno studio pubblicato su Nature Photonics (on line il 5 settembre e sul numero cartaceo di novembre).

La capacità di controllare gli impulsi di luce in un chip integrato in un dispositivo elettronico è uno dei passi necessari alla realizzazione delle tanto agognate reti di comunicazione ottiche a tecnologia quantistica, che andrebbero a potenziare enormemente le capacità di trasporto dei dati da un punto all’altro del pianeta. Holger Schmidt, professore di Ingegneria Elettrica presso la Baskin School of Engineering dell’Università della  California di Santa Cruz, ha guidato il gruppo di ricercatori che ha sviluppato questo nuovo dispositivo.

“La cosiddetta ‘luce lenta’ e altri gli effetti di coerenza quantistica sono conosciuti già da un po’, ma per usare questi effetti in applicazioni pratiche dobbiamo fare dei dispositivi che possano essere prodotti in grande numero e che possano lavorare a temperatura ambiente, se non più alta (dato che i chip notoriamente si riscaldano, ndr.), ed è questo che noi oggi siamo riusciti a fare,” dice Schmidt soddistatto.

Anche se già le fibre ottiche trasportano i dati alla velocità della luce, lo smistamento dei dati e le operazioni di trattamento delle informazioni ancora richiedono una trasformazione di raggi di luce (i fotoni, privi di massa) in segnali elettronici (che in pratica viaggiano con gli elettroni, molto lenti nel confronto). Network ottici puri richiederanno dispositivi piccoli e affidabili che siano in grado di rallentare, immagazzinare e processare impulsi di luce.

“L’esempio più semplice di come la ‘luce lenta’ possa essere usata è quello di ottenere ritardo modulabile nei segnali luminosi, ma noi stiamo guardando ben al di là di questo effetto con il nostro circuito integrato fotonico,” dice Schmidt.

Il dispositivo utilizza gli effetti di interferenza quantistica dei vapori di rubidio dentro una cavità costruita in un chip di silicio usando tecniche di produzione standard.

Già molte diverse tecniche sono state messe a punto per rallentare e anche, in alcuni casi, fermare la luce per alcuni centesimi di millesimo di secondo. Tuttavia, i sistemi precedenti basati sull’interferenza quantistica richiedevano basse temperature o condizioni di laboratorio troppo complesse per un uso pratico. Nel 2008, ricercatori dell’NTT Laboratories in Giappone svilupparono uno speciale chip di silicio che poteva rallentare gli impulsi di luce di 170 volte. Per certi aspetti, questo chip aveva dei vantaggi, ma non è nulla di paragonabile a quello che riesce a fare il nuovo chip sviluppato da Schmidt e soci.

Tali effetti quantistici non producono solo il rallentamento della luce, ma anche altre interazioni tra luce e materia che aumentano la possibilità di dispositivi ottici  radicalmente nuovi per la computazione quantistica e per i sistemi di comunicazione quantistica, secondo Schmidt. Inoltre, il sistema rende facile attivare e disattivare l’effetto e modularlo a proprio piacimento.