Photonics – elettronica del XXI secolo
Un attimo prima che Elvis Presley aprisse l’era del rock’n’roll, e la Regina Elisabetta II salisse al trono britannico prima che Marilyn Monroe dimostrasse con successo che “gli uomini preferiscono le bionde”, e i due scalatori vincessero per la prima volta il Monte Everest, i signori di AT & T Bell Labs raggiunsero altre vette tecnologiche. Sto pensando a William Shockley, John Bardeen e Walter Brattai – tre futuri premi Nobel – che svilupparono il primo modello del transistor e diedero origine a due ambiti – l’elettronica e la sua versione più veloce, la fotonica. La differenza di base è intuitiva – nei dispositivi elettronici il portatore di informazione è un elettrone, mentre nella fotonica sono i fotoni. Quale effetto otteniamo? Con l’aiuto di questi ultimi piccoli relè, possiamo inviare informazioni in dimensioni e velocità che i primi non raggiungeranno mai. Perciò, John S. Mayo, presidente del centro di ricerca menzionato, riassunse tutto con una tesi audace, su cui però pochi discutono:
“La fotonica sarà nel ventunesimo secolo ciò che l’elettronica è stata nel ventesimo secolo.“
Puzzle fotonico – optoelettronica e cristalli semiconduttori
Come afferma Wikipedia, la fotonica è la scienza della generazione, rilevazione e manipolazione della luce (fotone) tramite emissione, trasmissione, modulazione, elaborazione del segnale, commutazione, amplificazione e rilevamento/sensori. Da questo insieme si può anche distinguere l’optoelettronica – un campo in cui l’elettronica si aggiunge alle apparecchiature ottiche. Entrambi riguardano dispositivi che utilizzano la luce per acquisire, immagazzinare e trasferire informazioni. Per il suo sviluppo, oltre al transistor e alla tecnologia della fibra ottica, sono stati necessari altri due inventi più antichi. Il padre del primo di essi è l’attuale icona della cultura pop, un uomo che, se fosse nato mezzo secolo dopo, sarebbe stato l’alfa della fisica e l’omega di Facebook e Twitter. Albert Einstein nel 1916 scoprì il fenomeno dell’emissione stimolata, che mezzo secolo dopo permise la creazione del primo laser. Qui potrai scoprire di più sulla produzione di dispositivi elettronici e fotonica.
L’ultimo elemento del puzzle fotonico sono i cristalli semiconduttori, l’accento polacco dell’intera storia. Secondo un’aneddoto, il prof. Jan Czochralski, lavorando nello stesso anno di Einstein, prese appunti e, per distrazione, invece che nel calamaio immerse la punta della penna in un crogiolo di stagno fuso vicino. Tirando fuori la penna, notò che un filo metallico sottile si era attaccato alla punta. Studiandolo con raggi X, scoprì che si trattava di un grande cristallo e di una guida ancora migliore. La storia si chiude 30 anni dopo, quando i già noti AT & T Bell Labs utilizzano la sua invenzione per la produzione di monocristalli di silicio. Così otteniamo una doppia felice conclusione – l’invenzione divenne la base per l’industria elettronica globale, e Czochralski divenne lo studioso polacco più riconosciuto nel mondo della tecnologia.
Tecnologia fotonica oggi e domani
Oggi non sorprende che usiamo ultrabook, le cui dimensioni assomigliano a un foglio di carta più che a un classico Mac, ma non si può dimenticare che ENIAC – il primo computer della storia, considerato il massimo dell’innovazione ai suoi tempi – pesava 30 tonnellate. È ancora più naturale avere contatti illimitati tramite smartphone quando un telefono fisso era un lusso vent’anni fa. Lo smartphone è anche Internet, diffuso solo negli anni ’90 del secolo scorso, che secondo Marshall McLuhan ha trasformato il nostro mondo in un villaggio globale. Nel 2000 lo usavano 360 milioni di persone, oggi gli utenti sono la metà dell’umanità – un aumento dell’800%. Vediamo una tendenza basata sullo sviluppo di nuove tecnologie, associate oggi principalmente all’alta tecnologia. Il successo in questo campo si ottiene solo sviluppando prodotti unici con parametri significativamente migliori di quelli già disponibili sul mercato. “Meno” va di pari passo con “più veloce” e possibilmente “più sicuro” – la fotonica si adatta perfettamente a questi requisiti, e nella sua corsa ciò che è nuovo sostituisce progressivamente l’elettronica.
Fantascienza o visione reale
Quindi, se l’elettronica è la tecnologia di ieri, l’informatica ha dominato il mondo moderno, l’ottica è il futuro e tutto insieme crea la fotonica – di cosa si tratta? Una delle tante direzioni è la fibra ottica. Sebbene non sia un’invenzione particolarmente nuova, è attualmente il modo più moderno di inviare informazioni. Si distingue dagli altri mezzi per la maggiore portata senza interruzioni, enorme capacità informativa e resistenza ai metodi tradizionali di intercettazione. Tutta la trasmissione avviene tramite luce attraverso un filo leggermente più spesso di un capello umano.
Lo sviluppo tecnologico di tanto in tanto raggiunge una pietra miliare che contemporaneamente cambia il volto del mondo. Il XXI secolo sta ancora aspettando la sua svolta, e non si può escludere che sarà un dispositivo in cui Microsoft e Google investiranno non per caso. Se immaginiamo collezioni astratte, il cui trattamento richiederebbe milioni di anni, tutto diventerà reale quando inizieremo a parlare dell’uso di un computer quantistico. Con l’ipotesi delle stesse attività di un computer tradizionale – con cui condivide solo il nome – richiederebbe pochi secondi. Oggi è difficile da immaginare, ma come disse Einstein:
“Se le persone parlassero solo di ciò che comprendono, ci sarebbe un grande silenzio sul mondo.”
Ma tutto cambia davvero? Oggi ascoltiamo ancora Elvis, solo che non alla radio, ma su Spotify, guardiamo film di Merlin in 4K e invece di scalare l’Everest in inverno, tentiamo la scalata del K2. Solo la Regina Elisabetta è ancora esattamente la stessa. Lo stesso vale per tutto ciò a cui aspiriamo. Più veloce, di più, più moderno. Informazioni, denaro, tecnologia. È difficile dire basta perché la visione di un futuro più confortevole continua a tentare. L’elettronica sta raggiungendo una fase in cui il suo ulteriore sviluppo non sarà più possibile, qualcuno si stupirà se il presidente Mayo avesse ragione? Per essere sicuri, ripeterò ancora le sue parole. “La fotonica sarà nel XXI secolo ciò che l’elettronica è stata nel XX secolo.”
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