Una nuovo dispositivo molecolare, realizzato grazie alla nanotecnologia, in grado di eliminare il problema dei “colli di bottiglia”, potrebbe rendere la velocità di comunicazione in rete 100 volte più veloce...

Networks in fibra ottica capaci di trasmettere informazioni a 10 o 40 Gigabyte per secondo. Un gruppo di ricercatori canadesi stà mostrando come la nanotecnologia può essere usata per aspirare ad una rete superveloce interamente basata su tecnologia ottica. Grazie alla nanotecnologia, alla precisa manipolazione della materia a livello atomico-molecolare, è infatti possibile progettare e creare materiali personalizzati, con determinate proprietà.

Descritta sul numero di agosto del giornale “Nano Letters”, la tecnologia in questione sfrutta molecole buckyballs tenute insieme da un polimero sintetico per creare uno switch (interruttore) ottico, un dispositivo molecolare in grado di comandare i flussi luminosi. “Switches e routers introducono latenza” dice Karl Lehenbauer, della compagnia Superconnect, “se i dati richiesti devono passare attraverso 15 o 20 routers è facile che ci siano dei ritardi nella risposta”.

Parte di questo rallentamento è dovuto al fatto che l'informazione che viaggia sulle fibre ottiche deve essere convertita dalla sua forma elettronica-digitale (impulsi elettrici) a quella ottica (impulsi luminosi), e viceversa, passando per una fitta selva di switch e routers, causando spesso l'annoso problema dei “colli di bottiglia” (l'intasamento del traffico informativo).

“Non siamo ancora in grado di accelerare la velocità dei routers elettronici fino a raggiungere quella delle fibre ottiche”, dice Ted Sargent, professore in ingegneria elettrica e informatica all'Università di Toronto. Ma non c'è altra soluzione, secondo Sargent, se non quella di adeguare gli switch elettronici a quelli ottici che possono trasmettere dati a velocità 100 volte superiori.

Il nuovo polimero realizzato da Sargent con i ricercatori della Carleton University potrebbe essere un primo passo per migliorare significativamente le performance di rete facendo passare la luce (e i dati trasportati) attraverso gli switch nel brevissimo lasso di tempo di un picosecondo (un trillionth di secondo).

“Usando questo nuovo materiale per direzionare la luce nei dispositivi ottici, riusciremo a superare il 'gap quantico' “ è quanto sostiene Mark Kuzyk, professore di fisica alla University of Washington, che nel 2000 aveva egli stesso stabilito i limiti fondamentali delle proprietà non-lineari dei materiali molecolari, secondo le leggi della fisica quantistica.

Il problema è che i dispositivi ottici non sono in grado di processare l'informazione. A meno che non si forniscano anche gli switch ottici di processori intelligenti, si avrà ancora bisogno di componenti elettronici. “Creando un nuovo materiale sintetico capace di trattare l'informazione luminosa, abbiamo gettato le basi per realizzare in futuro networks nanofotonici”, dice Sargent.

“Il Santo Graal delle telecomunicazioni consisterà di networks interamente ottici”, secondo Paul Polishuk, presidente della Information Gatekeepers, una compagnia di consulenza per networks. Anche se sarà una sfida molto ardua da vincere. Anche perché molte compagnie hanno abbandonato gli investimenti negli switch ottici dal momento che non si possono ancora realizzare dispositivi commercialmente utili nell'ambiente dei networks.

Intanto, la nuova tecnologia permetterà comunque progressi notevoli nella realizzazione di linee ottiche comunque super-veloci in grado di rigenerare i segnali su lunghe distanze. C'è poi chi, come la compagnia di networking ottico Infinera, stà provando la strada dell'optoelettronica, realizzando circuiti ibridi fotoelettronici che combinano tecnologia ottica e elettronica in un singolo chip e possono trasmettere dati a velocità superiori ai 100 Gbps. Secondo il vice-presidente Serge Melle, “stiamo facendo nel campo della optoelettronica quello che 40 anni fà è stato fatto con i semiconduttori”.

PIÙ VELOCE DELLA LUCE

La teoria della relatività speciale di Einstein stabilisce che l'informazione non può viaggiare nel vuoto più veloce della luce (circa 300.000 km al secondo). Teoria messa in dubbio qualche tempo fa da alcuni fisici sperimentali, secondo cui, in alcuni media ottici altamente specializzati, si può osservare la luce viaggiare a velocità superiori. Cosa teoricamente impossibile, dato che sono le discontinuità delle forme d'onda luminose a trasportare l'informazione, e queste discontinuità, è stato dimostrato, non possono viaggiare più veloci della luce.

Nel numero di “Nature” dell'ottobre del 2003, l'ingegnere elettrico e professore di scienza ottica Mark A. Neifeld, il fisico della Duke University Michael D. Stenner e Daniel J. Gauthier presentavano i risultati sperimentali che confermavano ulteriormente la validità della teoria di Einstein. Mostrando come la velocità di propagazione dell'informazione sia in effetti limitata dalla velocità della luce, e che l'informazione che sembrava viaggiare più veloce della luce in realtà erano impulsi luminosi “insignificanti”.

O meglio, dei sottili impulsi (Gaussiani) chiamati "segnali analitici", che non trasportano informazione. I ricercatori hanno aggiunto a questi impulsi informazione digitale in forma discreta (discontinua), producendo i due stati che rappresentano l'informazione binaria (0 e 1). È possibile in questo modo, osservando l'incremento o il decremento del bit di “error-rate”, misurare la quantità di informazione trasmessa.

Ma perché allora gli impulsi gaussiani sembrano viaggiare più veloci della luce, mentre l'informazione effettivamente trasmessa si mantiene entro i limiti einsteniani? È un tipico paradosso della fisica quantistica. Siccome non trasportano informazione (poiché non sono discontinui), gli impulsi gaussiani possono permettersi di violare la relatività speciale andando persino più veloci della luce.

Un record davvero olimpico, anche se inutile da un punto di vista info-quantico. Chissà che un giorno qualche novello Einstein non trovi il modo di bypassare anche questo limite per il momento invalicabile. D'altronde esiste già qualcosa capace di viaggiare più veloce della luce, anche se nessuno lo ha ancora misurato, è il pensiero...

Istituzioni scientifiche citate nell'articolo:

University of Toronto

University of Washington

Duke University

E-mail: Alessio Mannucci

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