Rivoluzione nella tecnologia wireless: i nuovi chip fotonici
Rivoluzione nella tecnologia wireless: i nuovi chip fotoniciLa tecnologia wireless sta per fare un salto in avanti grazie a una nuova scoperta nel campo dei chip fotonici, che promette di ottimizzare la trasmissione dei dati attraverso la luce. Questi chip, fondamentali per le future reti 5G e 6G, rappresentano un passo verso tecnologie analogiche più efficienti dal punto di vista energetico e hanno applicazioni in vari settori, dalla elaborazione di dati ad alta velocità alla comunicazione.
La ricerca del Politecnico di Milano
Un team di ricerca del Politecnico di Milano, in collaborazione con la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, l’Università di Glasgow e l’Università di Stanford, ha pubblicato uno studio sulla prestigiosa rivista Nature Photonics che descrive la creazione di chip fotonici in grado di calcolare matematicamente la forma ottimale della luce per attraversare qualsiasi ambiente, anche quelli sconosciuti o in continuo cambiamento.
Superare gli ostacoli della luce
La luce è sensibile a qualsiasi tipo di ostacolo, anche i più piccoli. Pensiamo, ad esempio, a come vediamo gli oggetti attraverso un vetro smerigliato o quando i nostri occhiali si appannano. Un effetto simile si verifica sui fasci di luce che trasportano flussi di dati nei sistemi wireless ottici: le informazioni, pur essendo presenti, vengono completamente distorte e diventano estremamente difficili da recuperare.
La tecnologia innovativa dei chip fotonici
I dispositivi sviluppati in questa ricerca sono piccoli chip di silicio che funzionano come trasmettitori intelligenti: lavorando in coppia, sono in grado di calcolare automaticamente e indipendentemente la forma che un fascio di luce deve avere per passare attraverso un ambiente generico con la massima efficienza. Inoltre, possono generare più fasci sovrapposti, ognuno con la propria forma, e indirizzarli senza che interferiscano tra loro; in questo modo, la capacità di trasmissione aumenta notevolmente, come richiesto dai sistemi wireless di prossima generazione.
Elaborazione efficiente e avanzata
“I nostri chip sono processori matematici che effettuano calcoli con la luce in modo molto rapido ed efficiente, quasi senza consumo energetico. I fasci ottici vengono generati attraverso semplici operazioni algebriche, essenzialmente somme e moltiplicazioni, eseguite direttamente sui segnali luminosi e trasmessi da micro-antenne integrate direttamente sui chip. Questa tecnologia offre numerosi vantaggi: elaborazione estremamente semplice, alta efficienza energetica e una larghezza di banda enorme che supera i 5000 GHz,” spiega Francesco Morichetti, responsabile del Photonic Devices Lab del Politecnico di Milano.
Il passaggio alle tecnologie analogiche
“Oggi, tutte le informazioni sono digitali, ma in realtà, immagini, suoni e tutti i dati sono intrinsecamente analogici. La digitalizzazione consente elaborazioni molto complesse, ma con l’aumento del volume dei dati, queste operazioni diventano sempre meno sostenibili in termini di energia e calcolo. Oggi c’è un grande interesse nel ritorno alle tecnologie analogiche, attraverso circuiti dedicati (co-processori analogici) che serviranno da abilitatori per i sistemi di interconnessione wireless 5G e 6G del futuro. I nostri chip funzionano proprio così,” afferma Andrea Melloni, direttore di Polifab, il centro di micro e nanotecnologia del Politecnico di Milano.
Applicazioni in vari campi
“La computazione analogica utilizzando processori ottici è fondamentale in numerosi scenari applicativi che includono acceleratori matematici per sistemi neuromorfici, high-performance computing (HPC) e intelligenza artificiale, computer quantistici e crittografia, sistemi avanzati di localizzazione, posizionamento e sensoristica, e in generale, in tutti i sistemi dove è richiesta l’elaborazione di grandi quantità di dati ad altissima velocità,” aggiunge Marc Sorel, professore di Elettronica presso l’Istituto TeCIP (Telecommunications, Computer Engineering, and Photonics Institute) della Scuola Superiore Sant’Anna.
Il lavoro è co-finanziato nell’ambito del PNRR dal programma di ricerca e sviluppo RESTART ‘RESearch and innovation on future Telecommunications systems and networks, to make Italy more smart’. All’interno del programma RESTART, il Prof. Andrea Melloni, Politecnico di Milano, e il Prof. Piero Castaldi, Istituto TeCIP, Scuola Superiore Sant’Anna Pisa, guidano il progetto focalizzato ‘HePIC’ e il progetto strutturale ‘Rigoletto’, che mirano a sviluppare circuiti integrati fotonici di prossima generazione e reti di trasporto ottico che supporteranno l’infrastruttura futura 6G.