di Patrizia Lazzarin

Per i computer il futuro sarà, letteralmente, alla velocità
della luce. Impulsi luminosi estremamente brevi per eseguire operazioni
logiche ultrarapide: è il risultato dello studio pubblicato di recente
sulla prestigiosa rivista Nature Photonics, realizzato da un
gruppo di ricercatori del Dipartimento di Fisica del Politecnico di
Milano, in collaborazione con l’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie
del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr-Ifn) e con centri di ricerca
internazionali.

Lo studio rappresenta un passo importante verso una nuova
generazione di tecnologie di elaborazione dell’informazione
potenzialmente centinaia di volte più veloci di quelle attuali.

Attualmente, infatti, i computer sfruttano il movimento delle cariche
elettriche all’interno di transistor che raggiungono, però, una
frequenza massima i cui limiti fisici sono difficili da superare.

A differenza dell’elettronica tradizionale, che si basa sullo
spostamento delle cariche elettriche, questo innovativo approccio
manipola lo stato degli elettroni all’interno del materiale attraverso
le oscillazioni della luce. “Abbiamo dimostrato che la luce può essere usata non solo per trasmettere informazione, ma anche per elaborarla – spiega Giulio Cerullo del Politecnico di Milano – Grazie
a impulsi laser ultrabrevi, possiamo controllare gli stati quantistici
della materia su scale temporali di pochi milionesimi di miliardesimi di
secondo, cioè alle stesse frequenze di oscillazione della luce, finora
inaccessibili all’elettronica”.

Le operazioni avvengono a frequenze superiori a 10 terahertz, oltre
cento volte più elevate rispetto ai migliori dispositivi elettronici
moderni.

Per raggiungere questo scopo, i ricercatori hanno utilizzato
le proprietà fisiche di un nuovo semiconduttore bidimensionale, il
disolfuro di tungsteno (WS₂), dello spessore di soli tre strati atomici.
In tale materiale, grazie a fenomeni quantistici legati al suo spessore
nanometrico, gli elettroni possono occupare due stati quantistici
distinti, noti come “valli”. Queste valli possono essere utilizzate come
una nuova unità di informazione, analoga allo zero e uno dei computer
tradizionali, ma controllabile in modo molto più rapido.

Con una sequenza precisa di impulsi laser della durata di pochi
femtosecondi (milionesimi di miliardesimo di secondo), i ricercatori
sono riusciti ad accendere, spegnere e amplificare selettivamente le
informazioni, realizzando vere e proprie operazioni logiche – proprio
come avviene nei circuiti elettronici, ma a velocità enormemente
superiori.

 Il tutto a temperatura ambiente, e utilizzando impulsi di luce già
abitualmente disponibili nei laboratori. Lo studio permette inoltre di
misurare direttamente quanto a lungo l’informazione quantistica rimane
stabile nel materiale, un aspetto cruciale per future applicazioni
tecnologiche.

“In prospettiva, questa dimostrazione di principio apre una
serie di nuove sfide scientifiche e tecnologiche da essere superate per
la realizzazione di dispositivi competitivi basati su questo principio –
commenta Franco Camargo del Cnr-Ifn – dalla creazione di sequenze
di impulsi sempre più complesse alla possibilità di aumentare il numero
di bit in dispositivi realistici». Il superamento di queste frontiere
aprirà la strada a una nuova classe di dispositivi logici ultrarapidi,
trasformando questa prova di principio in una tecnologia concreta per i
computer del futuro”.