Oggi la luce viene utilizzata soprattutto per trasportare informazioni, domani potrà servire anche per elaborarle: è questa la promessa del calcolo ottico, in cui le proprietà della luce possono essere sfruttate per rappresentare dati ed eseguire operazioni.
Tra queste proprietà c’è la polarizzazione – il modo in cui l’onda oscilla – già alla base dei moderni display. Il suo grado misura invece quanto la polarizzazione sia uniforme o variabile: una proprietà fondamentale che, fino a oggi, non era possibile programmare.
Un gruppo di ricerca della Sapienza Università di Roma è riuscito per la prima volta a controllare proprio questa proprietà. I ricercatori Alessandro Petrini, Claudio Conti e Davide Pierangeli, del Dipartimento di Fisica, hanno ideato una tecnica che permette di programmare il grado di polarizzazione nei diversi punti di un fascio luminoso.
Il team ha così sviluppato il primo dispositivo al mondo capace di scrivere le informazioni scolpendo il contenuto di polarizzazione all’interno di un raggio di luce, sbloccando un canale di trasmissione dati finora invisibile.
La novità più sorprendente è che un singolo fascio laser con una singola frequenza può contenere tutti i colori di un’immagine complessa. I ricercatori hanno battezzato questo fenomeno “colore in polarizzazione”: i dati cromatici vengono codificati nelle sfumature geometriche della luce, trasformando il raggio in una tavolozza invisibile.
Ma il nuovo modo di scrivere nella luce non serve soltanto a rappresentare immagini. “Permette di codificare ed elaborare otticamente una quantità maggiore di informazioni, aprendo una nuova frontiera di ricerca: il calcolo ottico ad alta dimensionalità”, spiega Davide Pierangeli, che ha guidato lo studio. “Grazie alla nuova tecnologia abbiamo dimostrato una rete neurale ottica – un processore basato su segnali ottici anziché elettronici – capace di riconoscere immagini a colori tramite nuovi meccanismi di calcolo.”
Lo studio, pubblicato su Nature, apre prospettive uniche per la fotonica e l’intelligenza artificiale, indicando una nuova direzione per lo sviluppo di computer ottici, sistemi di comunicazione e tecnologie fotoniche per la sicurezza delle informazioni.