Nuova svolta nella programmazione di circuiti ottici: calcolo della luce con fibre sottilissime

Recentemente, gli scienziati dell'Università Heriot-Watt (Regno Unito) hanno scoperto un nuovo metodo potente per programmare i circuiti ottici.
Questo metodo potrebbe svolgere un ruolo cruciale nella realizzazione di tecnologie future come reti di comunicazione indistruttibili e computer quantistici ultraveloci. La ricerca è stata ora pubblicata sulla rivista Nature Physics.
Mehul Malik, fisico sperimentale e professore di fisica presso la Scuola di Ingegneria e Scienze Fisiche dell'Università Heriot-Watt nel Regno Unito, spiega: "La luce può trasportare un'enorme quantità di informazioni e i circuiti ottici, che calcolano con la luce anziché con elettricità, sono visti come il prossimo grande passo avanti nella tecnologia informatica."
"Ma man mano che i circuiti ottici diventano più grandi e complessi, diventano sempre più difficili da controllare e fabbricare, il che può influire sulle loro prestazioni. La nostra ricerca dimostra un altro approccio più generale alla progettazione di circuiti ottici, utilizzando processi naturali."
Il professor Mehul Malik e il suo team hanno condotto la ricerca utilizzando fibre ottiche commerciali. Ampiamente utilizzato in tutto il mondo per trasmettere Internet a singole case e aziende, questo tipo di fibra è più sottile della larghezza di un capello umano e utilizza la luce per trasmettere dati.
Sfruttando il comportamento di diffusione naturale della luce nelle fibre ottiche, hanno scoperto che i circuiti ottici all'interno delle fibre potevano essere programmati in modo molto preciso.
"Quando la luce entra in una fibra ottica, si disperde e si mescola in modi complessi. Comprendendo questo processo complesso e modellando con precisione la luce che entra nella fibra, abbiamo trovato un modo per creare circuiti di luce in mezzo a questo caos."
I circuiti ottici sono fondamentali per il futuro delle tecnologie quantistiche, che sono progettate a livello microscopico lavorando con singoli atomi o fotoni (particelle di luce). Queste tecnologie includono potenti computer quantistici con un’enorme potenza di elaborazione e reti di comunicazione quantistica che non possono essere violate.
Il prof. Mehul Malik spiega: "Ad esempio, i circuiti ottici sono necessari alla fine delle reti di comunicazione quantistica in modo che le informazioni possano essere misurate dopo aver percorso lunghe distanze. Sono anche una parte fondamentale dei computer quantistici per eseguire calcoli complessi sulle particelle leggere".
I computer quantistici promettono progressi significativi in ​​settori quali lo sviluppo di farmaci, la previsione del clima e l’esplorazione dello spazio. L'apprendimento automatico - l'intelligenza artificiale - è un'altra area in cui i circuiti ottici vengono utilizzati per elaborare rapidamente grandi quantità di dati.
Il Prof. Mehul Malik sottolinea che il potere della luce risiede nella sua multidimensionalità: "Possiamo codificare molte informazioni su una singola particella di luce. La sua struttura spaziale, la sua struttura temporale, il suo colore. Se riesci a calcolare tutte queste proprietà a allo stesso tempo, puoi liberare un'enorme potenza di elaborazione."
I ricercatori hanno anche mostrato come i loro circuiti ottici programmabili possano essere utilizzati per manipolare l’entanglement quantistico. Questo è un fenomeno in cui due o più particelle quantistiche, come i fotoni, rimangono connesse anche quando sono distanti. L’entanglement svolge un ruolo importante in molte tecnologie quantistiche, come la correzione degli errori all’interno dei computer quantistici e l’implementazione dei tipi più sicuri di crittografia quantistica.
Il Prof. Mehul Malik e il suo gruppo di ricerca presso il Beyond Binary Quantum Information Laboratory dell'Università Heriot-Watt hanno condotto lo studio con la collaborazione di studiosi provenienti da istituzioni come l'Università di Lund in Svezia, l'Università La Sapienza di Roma in Italia e l'Università di Twente nei Paesi Bassi.
La ricerca è stata finanziata da QuantERA, una rete leader europea di 39 organizzazioni pubbliche di finanziamento della ricerca (rfo) provenienti da 31 paesi, tra cui l'Agenzia austriaca per la promozione della ricerca (FFG) - l'agenzia nazionale austriaca per il finanziamento della ricerca e dello sviluppo industriale; e il Consiglio europeo della ricerca (CER), l'organizzazione di finanziamento dell'UE per la ricerca all'avanguardia.