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La scoperta è di quelle importanti e che potrebbero cambiare il corso degli eventi nel campo delle telecomunicazioni. Sfruttando gli stessi principi fisici e le stesse tecniche utilizzate per la realizzazione delle cuffie con riduzione del rumore, è possibile ottenere un netto miglioramento delle prestazioni nella trasmissione dati su fibra ottica, con una velocità di connessione fino a 400 volte superiore agli standard attuali. Sono i risultati di una ricerca condotta da un'equipe di scienziati, capitanati dal dottor Xiang Liu, e pubblicata sulla rivista Nature Photonics, che si occupa di studi e ricerche riguardanti la fotonica.
Riduzione del rumore
Lo studio dimostra che, con un'adeguata tecnica di riduzione del rumore, le comunicazioni tramite fibra ottica potrebbero andare ben oltre i limiti fisici imposti dall'effetto Kerr. L'effetto Kerr descrive la variazione dell'indice di rifrazione di un dielettrico sottoposto ad un campo elettrico. In parole semplici, un materiale isolante elettrico - ovvero un materiale che si polarizza se sottoposto ad un campo elettrico - cambia le proprie capacità di riflettere la luce in maniera proporzionale all'intensità del campo elettrico cui è sottoposto.
A cosa ci riferiamo, però, quando parliamo di “rumore” nel campo delle telecomunicazioni in generale e della fibra ottica in particolare?
Per rumore si intende una forma di energia indesiderata, ovvero un segnale spurio, che si somma al segnale utile degradandone il contenuto informativo, e impedendo così, in ricezione, di rilevare tutto l'insieme delle informazioni trasmesse. Il disturbo di fondo che a volte capita di sentire nel corso di una chiamata telefonica – sia attraverso l'apparecchio fisso sia tramite cellulare o smartphone – è dovuto proprio a questo effetto di rumore. In un caso come questo, il rumore inficia la ricezione dei dati trasmessi e ci impedisce di cogliere perfettamente le parole di chi si trova dall'altra parte della cornetta.
Oltre il limite (di Kerr)
Il limite non lineare di Kerr è una proprietà fisica tipica delle sostanze trasparenti isotrope che impone un tetto massimo alle prestazioni delle comunicazioni che avvengono tramite fibra ottica. Proprio tenendo conto dell'effetto Kerr e del limite da esso generato, si era ipotizzato che la trasmissione dati su fibra ottica fosse condannata a subire un degradamento del segnale, nonostante la qualità dei materiali utilizzati nella costruzione del cavo.
Il team di Xiang, mutuando una tecnica già utilizzata per realizzare le cuffie con riduzione del rumore, è riuscito a ottenere risultati insperati. Eppure, ammette candidamente lo stesso ricercatore, “è un concetto piuttosto semplice da capire, ma sorprendentemente nessuno lo aveva mai fatto”.
Nel caso delle cuffie, l'attenuazione del rumore viene ottenuta registrando il rumore ambientale e generando un'onda in controfase rispetto a quest'ultimo. In tal modo il rumore ambientale viene annullato localmente attraverso la generazione di un’onda sonora di uguale intensità ma di fase contraria. Cosa avviene traslando il discorso nel campo della comunicazione dati su fibra ottica?
In questo caso, il rumore viene generato dalla potenza del segnale luminoso stesso, che finisce per interagire con i componenti costitutivi del cavo e genera impulsi indesiderati che disturbano il segnale principale. Per eliminare questi impulsi, è necessario emanare altri due segnali luminosi gemelli che abbiano fasi contrarie (applicando quindi il principio fisico della coniugazione di fase). In questo modo, alla ricezione del segnale le due onde che viaggiano in controfase si annullano a vicenda e aiutano a ridurre la distorsione non lineare di oltre 8,5 dB (decibel). L'attenuazione del rumore è così marcata che le prestazioni della linea subiscono un notevole miglioramento.
Prestazioni da corsa
Nei test condotti in laboratorio, questa nuova tecnica ha mostrato tutta la sua funzionalità. Grazie all'attenuazione del rumore prodotta dalla coniugazione di fase, il team guidato da Xiag Liu è riuscito a trasmettere dati a una velocità di 400 Gbit al secondo su una distanza di 12.800 chilometri. Le moderne linee in fibra ottica (quanto meno quelle casalinghe) garantiscono una velocità di connessione di 1 Gbps. I numeri parlano da soli.
