I centri di controllo del futuro
Più il mondo diventa connesso, più aumenta la richiesta di infrastrutture per il traffico di dati. Marc Reig Escalé, borsista pioniere dell'ETH, e il suo team stanno sviluppando nuovi tipi di chip che elaborano le informazioni più velocemente di quanto sia stato possibile in passato e richiedono anche meno energia.
? appena più spesso di una cartolina e un francobollo sembra enorme al suo confronto. La sua superficie brilla di blu-nero, intarsiata d'oro. Il suo creatore lo tiene con una pinzetta come un gioiello prezioso. Marc Reig Escalé ha sviluppato un chip che consente la trasmissione di dati ad alta velocità e potrebbe quindi svolgere un ruolo importante nel futuro del 5G e dei suoi simili.
La tendenza è chiara da anni: in un mondo sempre più connesso in rete, in cui i frigoriferi ordinano automaticamente i rifornimenti quando il latte finisce e le sedie da ufficio si adattano automaticamente alla schiena di chi le usa perché possono attingere all'esperienza di milioni di altre schiene, il traffico di dati sta aumentando enormemente. Un traffico che si svolge principalmente su cavi in fibra ottica come le autostrade. Sotto le nostre strade, in superficie da un traliccio all'altro o nelle profondità del mare, questi cavi giacciono in fasci e trasmettono informazioni codificate in impulsi luminosi.
Ma proprio come le autostrade da sole non bastano per trasportare le merci da A a B, ma i camion che le percorrono devono anche essere caricati e scaricati, i cavi in fibra ottica sono solo metà della battaglia nel mondo del traffico di dati. Le informazioni devono essere codificate e decodificate. Ciò significa che devono essere impresse sui segnali luminosi e rilette alla fine.
Circuiti luminosi in formato miniaturizzato
Con il loro nuovo chip, Marc Reig Escalé e i suoi colleghi dell'Istituto di elettronica quantistica dell'ETH di Zurigo hanno trovato un modo per imprimere le informazioni in modo molto più efficiente di quanto fosse possibile finora. L'idea è quella di combinare i materiali più noti dell'ottica e della microelettronica per i minuscoli punti di commutazione. In primo luogo c'è il silicio, il materiale di base più importante dell'industria informatica e il nome della Silicon Valley. Come semiconduttore, è ideale per la costruzione di circuiti elettrici, come quelli presenti nei chip dei computer o dei telefoni cellulari. Come cristallo, il silicio è utilizzato anche nei chip ottici per trasmettere le onde luminose. Questo ha dei vantaggi pratici perché la sua produzione in formato miniaturizzato è già nota nella microelettronica.
Tuttavia, il silicio non è affatto la scelta migliore per gli scopi ottici. Il cosiddetto niobato di litio ha proprietà molto più favorevoli, in quanto può lavorare con un'ampia gamma di frequenze luminose diverse, ad esempio. Un effetto importante per l'elaborazione dei dati: il materiale cristallino è in grado di modificare l'intensità della luce incidente a seconda della tensione elettrica applicata dall'esterno. I segnali elettrici possono così essere convertiti in segnali ottici alla massima velocità: esattamente ciò che serve per "caricare i camion" che vengono inviati sulle autostrade dei dati.
Finora, tuttavia, questi convertitori di niobato di litio sono ancora così grandi da consumare molta energia. Tuttavia, Reig Escalé è riuscito a utilizzare una tecnica sviluppata all'ETH di Zurigo all'inizio del millennio per applicare strati estremamente sottili di niobato di litio ai familiari chip di silicio. Utilizzando diversi processi di incisione, la fisica è riuscita a staccare da questo strato di cristallo strutture sottili in cui è possibile immettere la luce laser. In combinazione con delicati elettrodi d'oro, i segnali elettrici possono essere tradotti in modo molto efficiente in segnali ottici. La luce laser che emerge contiene le informazioni precedentemente inviate agli elettrodi in forma elettrica. "Con i nostri chip consumiamo meno energia e possiamo elaborare i segnali ad una velocità almeno doppia rispetto alle alternative commerciali attualmente disponibili", spiega la ricercatrice del laboratorio della Fare ricerca all'ETH Rachel Grange. Metaforicamente parlando, questo significa che un singolo chip può caricare più camion per unità di tempo e quindi servire contemporaneamente molte più autostrade di dati come punto di trasbordo.
Un colpo di fortuna per l'industria delle telecomunicazioni
Questa notizia non ha tardato a farsi amici nel settore. Con l'espansione della rete 5G e il già previsto successore 6G, le velocità di trasmissione dei dati stanno salendo ad altezze sempre più vertiginose. Altezze che devono essere scalate anche dai singoli componenti coinvolti. Allo stesso tempo, la tendenza a collegare alla rete un numero sempre maggiore di oggetti di uso quotidiano, come frigoriferi o sedie da ufficio - il cosiddetto "Internet delle cose" - fa sì che il volume di dati da elaborare aumenti enormemente.
Reig Escalé è ancora un po' sorpreso quando racconta la risposta entusiasta alla nuova tecnologia da parte delle aziende con cui il gruppo ha collaborato durante il suo dottorato. "Erano già interessati al primo chip, molto primitivo!".
E così la fisica si sta avventurando al di fuori della scienza pura. "Versics" è il nome della giovane azienda che ha fondato nell'ambito della sua borsa di studio per pionieri dell'ETH. Il nome sta per "Versatile Optics", in quanto la tecnologia può essere utilizzata in diversi modi, e non solo sulla Terra. Potrebbe essere utilizzata anche nelle comunicazioni satellitari, ad esempio.
Il primo prototipo commercializzabile dovrebbe essere pronto già quest'anno. Reig Escalé e il suo team stanno attualmente lavorando a pieno ritmo per raggiungere questo obiettivo. La produzione di chip nella camera bianca e i test di qualità nel laboratorio di ottica, in cui ogni singolo gioiello tecnico viene messo alla prova, non sono affatto la fine della storia. ? stato necessario progettare l'alloggiamento e integrare le connessioni per soddisfare gli standard industriali. In dirittura d'arrivo, si tratta ora di mettere insieme tutti i singoli pezzi e, allo stesso tempo, di convincere i futuri clienti e investitori del progetto. Come coordinatore dell'intero processo, Reig Escalé ha il suo bel da fare. "La ricerca non è proprio la stessa cosa del marketing!" ammette ridendo, sottolineando l'energia dei suoi colleghi, sia all'interno del laboratorio che nel mondo degli affari.
All'inizio il padre era scettico, perché sapeva cosa lo aspettava: era un lavoratore autonomo con una propria azienda. Da allora le cose sono cambiate. "Tutta la mia famiglia mi sostiene", dice il catalano. Anche se il contatto Skype con il suo Paese d'origine non è in grado di colmare completamente la distanza, Reig Escalé non sembra sentirsi completamente a disagio in Svizzera: non solo gli piacciono le molte nazioni e culture che si incontrano qui, ma ora parla anche un tedesco quasi fluente e si abbona al quotidiano Tages-Anzeiger come una cosa ovvia. Dopo tutto, ci sono altri argomenti oltre agli affascinanti cristalli e al mondo in rete del futuro.