I circuiti fotonici integrati riconfigurabili (PIC) sono dispositivi che elaborano segnali usando la luce al posto dell’elettricità. Questo permette di svolgere operazioni complesse — come elaborazione di segnali, comunicazioni quantistiche o calcoli per reti neurali — alla velocità della luce, con grande efficienza energetica.
Tuttavia, per funzionare correttamente, questi circuiti devono essere continuamente controllati e regolati: piccoli cambiamenti di temperatura o del segnale in ingresso possono comprometterne le prestazioni. Per questo serve un sistema elettronico capace di monitorare e correggere in tempo reale il comportamento del chip fotonico.
Un gruppo di ricercatori del Politecnico di Milano, guidato dal Prof. Marco Sampietro, ha sviluppato una nuova soluzione integrata per affrontare questo problema, presentata sulla rivista Light: Science & Applications.
Il team ha realizzato un chip elettronico (ASIC) a 8 canali che gestisce automaticamente i componenti ottici di un circuito fotonico — in questo caso, una matrice di interferometri di Mach-Zehnder (MZI), ma la stessa tecnologia può essere applicata anche ad altri dispositivi ottici.
L’idea innovativa è stata spostare la parte specifica del sistema dal chip fotonico al chip elettronico. In questo modo, il controllo diventa più semplice da scalare, più compatto e meno energivoro, pur mantenendo la capacità di programmare ogni singolo elemento ottico in modo indipendente.
Per dimostrare l’efficacia del sistema, i ricercatori lo hanno testato in laboratorio simulando una trasmissione ottica in aria, soggetta a disturbi simili a quelli causati dalla turbolenza atmosferica. Il sistema è riuscito a correggere in tempo reale le distorsioni del segnale (fino a 300 Hz), ricostruendolo direttamente nel dominio ottico, senza bisogno di complesse elaborazioni digitali.
Il risultato è paragonabile a una “lente programmabile”: proprio come una lente mette a fuoco la luce su un punto preciso, questo circuito fotonico riesce a mantenere il fuoco stabile anche se il segnale cambia o si distorce.
Questo lavoro rappresenta un importante passo verso l’integrazione completa tra elettronica e fotonica: in futuro, potremmo avere chip che combinano in modo sempre più stretto componenti ottici e circuiti elettronici, aprendo la strada a dispositivi ultraveloci e compatti per le telecomunicazioni e il calcolo ottico.
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