Il wireless ottico potrebbe non avere più ostacoli: uno studio condotto dal Prof. Andrea Melloni e dal Prof. Francesco Morichetti del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano insieme alla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, all’Università di Glasgow e all’Università di Stanford, e pubblicato dalla prestigiosa rivista Nature Photonics, ha permesso di realizzare dei chip fotonici che calcolano matematicamente la forma ottima della luce per attraversare al meglio qualsiasi ambiente, anche sconosciuto o mutevole nel tempo. Alla ricerca ha contribuito anche l'I3N Lab, coordinato dal Prof. Marco Sampietro del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria.
Il problema è ben noto: la luce è sensibile a ogni forma di ostacolo, anche molto piccolo. Pensiamo per esempio a come vediamo gli oggetti guardando attraverso un vetro smerigliato o semplicemente indossando occhiali appannati. L’effetto è del tutto analogo su un fascio di luce che trasporta flussi di dati nei sistemi wireless ottici: l’informazione, pur essendo ancora presente, è completamente distorta ed estremamente difficile da recuperare.
I dispositivi sviluppati in questa ricerca sono dei piccoli chip di silicio che lavorano come delle ricetrasmittenti intelligenti: cooperando in coppia possono “calcolare” in modo automatico e autonomo quale forma deve avere un fascio di luce per attraversare un ambiente generico con la massima efficienza. Non solo, allo stesso tempo possono anche generare molti fasci sovrapposti, ciascuno con una propria forma, e indirizzarli senza che interferiscano uno con l’altro. In questo modo è possibile aumentare notevolmente la capacità di trasmissione, proprio come richiesto dai sistemi wireless di nuova generazione.
I chip sviluppati dal Photonics Devices Lab del DEIB sono processori matematici che fanno i “conti” con la luce in modo molto rapido ed efficiente, quasi senza consumare energia. I fasci ottici sono generati attraverso semplici operazioni algebriche, essenzialmente somme e moltiplicazioni, fatte direttamente sui segnali luminosi e sono trasmessi da microantenne integrate direttamente sui chip. I vantaggi di questa tecnologia sono molteplici: estrema semplicità di elaborazione, elevata efficienza energetica ed enorme larghezza di banda, che supera i 5000 GHz.
Il calcolo analogico effettuato con processori ottici è cruciale in numerosi scenari di applicazione che includono acceleratori matematici per sistemi neuromorfici, high-performance computing e intelligenza artificiale, computer quantistici e crittografia, sistemi avanzati di localizzazione, posizionamento e sensoristica, ed in generale tutti i sistemi in cui sia necessaria l’elaborazione di grandi quantità di dati ad altissima velocità.