Computer e impulsi laser: performance incredibili con la tecnologia Lightwave

Computer in grado di eseguire operazioni centomila volte più rapidamente rispetto agli standard attuali potrebbero cambiare radicalmente le nostre vite. Questi sistemi potrebbero, ad esempio, rappresentare una valida risorsa in campo medico o, ancora, in ambito ingegneristico ed aerospaziale. Tuttavia, tali sistemi richiedono l'impiego di tecnologie più avanzate rispetto a quanto attualmente in nostro possesso, tanto da porre le basi per nuovi ed ambiziosi progetti. Tra questi, particolare rilevanza assume l'ambiziosa ricerca proveniente dall'Università del Michigan.
Un team di ricercatori ha infatti dimostrato di poter utilizzare la tecnologia lightwave, basata su impulsi di luce ultra veloci, per far viaggiare le informazioni alla velocità di un femtosecondo (milionesimo di miliardesimo di secondo, ovvero il più breve impulso di luce mai realizzato), rendendo i calcoli, di fatto, immediati.

Una tecnologia per il futuro

Come evidenziato nello studio, ciò rappresenta un importante passo verso la cosiddetta informatica quantistica: grazie agli impulsi laser, gli elettroni si muovono in modo più veloce ed efficiente rispetto alle correnti elettriche, favorendo altresì il trasferimento di un'elevata mole di dati.
Al momento, i computer tradizionali presentano infatti dei limiti invalicabili. Al loro interno vi è un continuo e sostenuto movimento di elettroni che si spostano da un punto all'altro per inviare comunicazioni tra le varie componenti elettroniche ed elaborare calcoli. Questi elettroni si muovono tuttavia attraverso semiconduttori e, urtando tra loro, rilasciano calore, causando importanti rallentamenti nei calcoli ed una relativa perdita di efficienza del sistema. Di fatto, ciò impedisce ai produttori di migliorare le prestazioni delle loro macchine, creando una sorta di stallo nel processo evolutivo.
Il principio posto alla base della tecnologia lightwave permette dunque di contenere tali reazioni, impedendo agli elettroni di scontrarsi. Gli spostamenti delle particelle subatomiche vengono infatti manipolati tramite l'utilizzo di un cristallo semiconduttore che, una volta irradiato da veloci impulsi laser, riesce a muovere gli elettroni verso un livello più alto di energia, generando impulsi di pochi femtosecondi. Questi impulsi possono quindi essere utilizzati per leggere e scrivere informazioni negli elettroni.
Come sottolineato dall'Università del Michigan, gli impulsi sono talmente veloci da essere potenzialmente utilizzabili per calcoli quantistici. L'architettura di un processore quantistico è basata sui cosiddetti qubit, ovvero bit quantistici, in grado di memorizzare e recuperare informazioni sullo spin magnetico di un elettrone. Immaginate l'elettrone come una sorta di magnete estremamente debole, capace di puntare verso due direzioni naturali (spin, per l'appunto), ossia verso l'alto e verso il basso. Secondo il principio di sovrapposizione quantistica, questo magnete può trovarsi in entrambi gli stati contemporaneamente. Tali stati sono a loro volta equivalenti allo zero e all'uno di un codice binario, usato nei processori tradizionali. Come sottolineato in precedenza, i ricercatori sono riusciti a controllare la direzione del magnete, utilizzando gli impulsi laser per leggere e scrivere informazioni negli elettroni. In tal modo, il sistema è altresì meno avvezzo a perturbazioni esterne. Ovviamente, la strada che porta all'effettivo impiego di tali tecnologie è ancora lunga e irta di insidie; tuttavia, la ricerca condotta nei laboratori dell'Università del Michigan costituisce un approccio essenziale nei confronti del calcolo quantistico e pone solide basi per la realizzazione dei computer del futuro.