I ricercatori della Purdue University realizzano un transistor ottico in silicio

Una delle strade che consente di incrementare la potenza computazionale dei processori è quella di basare la circolazione e l'elaborazione dell'informazione non sull'elettrone (come avviene, appunto, nell'elettronica), ma sfruttando la luce e le sue particelle, i fotoni.

Le tecnologie ottiche sono oggi già largamente utilizzate per scopi di comunicazione, soprattutto su lunghe distanze, ma ancora non è stato possibile impiegarle concretamente per scopi di computazione. IBM e Intel, due tra le più grandi realtà nel mondo della tecnologia, stanno portando avanti ciascuna un programma di ricerca e sviluppo che ha come obiettivo l'approdo delle tecnologie fotoniche come mezzo per la circolazione dell'informazione all'interno di un singolo sistema e tra chip.

Anche in questo caso, tuttavia, si tratta di un approccio che prevede che la computazione vera e propria avvenga tramite le tradizionali tecnologie dell'elettronica, con l'ovvia necessità di dispositivi e componenti che convertano il segnale fotonico in segnale elettronico e viceversa. L'ambizioso obiettivo ultimo della ricerca nel campo della fotonica è quello di poter impiegare tecnologie ottiche anche per la parte di computazione ed elaborazione dell'informazione, eliminando così qualsiasi necessità di elementi convertitori e potendo inoltre incrementare notevolmente le prestazioni di processori e sistemi. Si tratta, in sintesi, di realizzare un transistor ottico.

I transistor ottici necessitano però di una serie di proprietà che permetta loro di interconnettersi e processare le informazioni: il loro output deve, ad esempio, essere capace di agire come input per un altro transistor - caratteristica non semplice se il segnale di output ha una frequenza diversa dall'input - e, ancor più importante, l'output deve essere capace di guidare l'input per almeno altri due transistor in maniera che il segnale logico si possa propagare, una proprietà conosciuta con il nome di "fan out". Infine ciascun transistor deve essere capace di preservare la qualità del segnale logico, in maniera tale da impedire la propagazione di eventuali errori. Fino ad oggi non è stato possibile realizzare transistor ottici in silicio in grado di rispondere a tutte queste proprietà.

Un passo avanti in questa direzione è però stato compiuto da un team di ricercatori della Purdue University, coordinati da Leo Varghese, che ha costruito un dispositivo ottico dalle caratteristiche molto promettenti. Si tratta di un transistor ottico caratterizzato da un risuonatore ad anello collocato in prossimità di una linea ottica. In circostanze ordinarie la luce entra nella linea ottica, la attraversa e ne esce. Ad una specifica frequenza di risonanza, la luce interagisce con il risuonatore con l'effetto di ridurre in maniera considerevole il segnale in uscita. In questo modo l'output è sostanzialmente nullo, anche se la fonte di luce è attiva.

Il team di ricercatori ha utilizzato una seconda linea ottica, chiamata gate, per somministrare calore al risuonatore ad anello in maniera tale da variarne dimensioni, frequenza di risonanza e, di conseguenza, la capacità di interagire con l'output. In questo modo il gate può di fatto "accendere e spegnere" l'output. L'interazione del risuonatore con il gate è più forte di quella con la linea di output: ciò significa che un piccolo segnale di gate è in grado di controllare un segnale di output molto più grande. Secondo quanto riferito da Varghese, il rapporto tra il segnale di gate e quello di supply è di circa 6dB, sufficiente a operare altri due transistor e rispettando così la proprietà di fan out cui si è fatto cenno in precedenza.

La capacità di realizzare questo dispositivo in silicio lo rende compatibile con le normali tecniche di produzione CMOS, socchiudendo la porta ad una futura implementazione commerciale. Tuttavia prima di poter assistere alla diffusione di sistemi computazionali completamente ottici vi sarà da dover affrontare ancora una serie di ostacoli ,il primo dei quali rappresentato dal consumo energetico che deriva dalle fonti luminose (tipicamente laser) necessarie per il funzionamento del dispositivo.