Computer alla velocità della luce: la scoperta di Politecnico di Milano e CNR che rivoluziona il calcolo
Ricercatori italiani dimostrano che impulsi laser possono elaborare dati a oltre 10 terahertz: una svolta verso computer centinaia di volte più veloci.
Il futuro dell’informatica potrebbe viaggiare letteralmente alla velocità della luce. Un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, insieme all’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IFN) e a diversi centri internazionali, ha dimostrato che sequenze di impulsi laser ultrarapidi non servono soltanto a trasmettere informazioni, ma possono anche elaborarle. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Nature Photonics e aprono la strada a una nuova generazione di tecnologie di calcolo potenzialmente centinaia di volte più veloci rispetto a quelle attuali.
Dall’elettronica alla luce: come cambia il principio del calcolo
I computer di oggi funzionano grazie al movimento delle cariche elettriche nei transistor. Questo meccanismo ha consentito enormi progressi tecnologici negli ultimi decenni, ma si avvicina ormai ai propri limiti fisici in termini di velocità e frequenza operativa. Il nuovo approccio sviluppato dai ricercatori ribalta questo paradigma. Invece di spostare elettroni attraverso circuiti elettronici, il sistema sfrutta le oscillazioni della luce per manipolare direttamente lo stato quantistico degli elettroni all’interno di un materiale. In questo modo l’elaborazione delle informazioni avviene su scale temporali estremamente ridotte, impossibili da raggiungere con l’elettronica tradizionale.
Impulsi laser ultrabrevi per operazioni logiche rapidissime
Il progetto è stato coordinato dal fisico Giulio Cerullo, che guida il team del Politecnico composto anche dai docenti Stefano Dal Conte e Margherita Maiuri, oltre ai ricercatori Francesco Gucci, primo autore dello studio, e Mattia Russo. Per il CNR-IFN ha contribuito il ricercatore Franco Camargo.
Grazie a impulsi laser della durata di pochi femtosecondi – una frazione infinitesimale di secondo – gli scienziati sono riusciti a controllare gli stati quantistici della materia con una precisione senza precedenti. Le operazioni logiche ottenute funzionano a frequenze superiori ai 10 terahertz, oltre cento volte più veloci rispetto ai migliori dispositivi elettronici attuali.
Il ruolo del disolfuro di tungsteno nei computer del futuro
Alla base dell’esperimento c’è un semiconduttore bidimensionale innovativo: il disolfuro di tungsteno, noto come WS₂. Il materiale utilizzato dai ricercatori è spesso appena tre strati atomici e presenta proprietà quantistiche particolarmente interessanti.
All’interno di questo cristallo gli elettroni possono occupare due stati distinti chiamati “valli”. Questi stati funzionano come una nuova unità di informazione, paragonabile allo zero e all’uno dei sistemi digitali. La differenza è che le valli possono essere controllate tramite impulsi di luce con velocità estremamente elevate.
Attraverso sequenze laser progettate con grande precisione, i ricercatori sono riusciti ad attivare, spegnere e amplificare selettivamente l’informazione nel materiale, realizzando operazioni logiche analoghe a quelle dei circuiti elettronici ma a velocità molto superiori.
Un risultato ottenuto in condizioni realistiche
Uno degli aspetti più interessanti del lavoro è che l’esperimento è stato realizzato a temperatura ambiente e utilizzando impulsi luminosi già disponibili nei laboratori di ricerca. Questo rende il risultato particolarmente promettente per future applicazioni tecnologiche. Inoltre lo studio ha permesso di osservare direttamente per quanto tempo l’informazione quantistica rimane stabile nel materiale, un parametro fondamentale per sviluppare dispositivi pratici basati su questi fenomeni.
Le sfide per trasformare la scoperta in tecnologia
La dimostrazione rappresenta un primo passo verso una nuova classe di dispositivi logici ultraveloci. Tuttavia, prima di arrivare a computer basati su questo principio, restano diverse sfide scientifiche e ingegneristiche. Tra gli obiettivi dei ricercatori ci sono la progettazione di sequenze di impulsi laser sempre più complesse e l’aumento della quantità di informazione gestibile nei dispositivi. Il superamento di questi ostacoli potrebbe trasformare questa prova di principio in una tecnologia concreta capace di rivoluzionare l’elaborazione dei dati.
