Ricercatori del MIT, in collaborazione con alcuni colleghi della Harvard University e della Vienna University of Technology, hanno sviluppato uno switch ottico sperimentale controllato da un singolo fotone, per controllare la trasmissione di luce. Si tratta di un analogo, in forma ottica, di un transistor – l'elemento base dell'elettronica. Nei computer ottici la luce sostituisce l'elettricità e questo consente di realizzare calcoli molto più velocemente rispetto ai computer "classici".

Nel calcolo ottico si richiede ai fotoni di modificare reciprocamente il loro comportamento, qualcosa che in natura non fanno – perché due fotoni che si scontrano in un vuoto semplicemente si attraversano l'un l'altro. Il cuore dello switch realizzato dai ricercatori è costituto da un paio di specchi altamente riflettenti che agiscono come un risonatore ottico. Quando lo switch è attivo (stato on) la luce può attraversare i due specchi. Quando è spento solo il 20% del segnale passa.

"Se ci fosse stato un solo specchio tutta la luce tornerebbe indietro", ha spiegato Vladan Vuleti?, professore di fisica al MIT e capo della ricerca. "Con due specchi accade qualcosa di molto strano". Tutto parte dall'idea di idealizzare la luce non come particelle ( fotoni) ma come un'onda elettromagnetica.

Il campo elettromagnetico si estende occupando lo spazio tra i due specchi, e se la distanza tra essi è calibrata con precisione "si forma un campo molto ampio all'interno della cavità, che impedisce allo stesso di restringersi e anzi lo spinge avanti". In altre parole, gli specchi diventano trasparenti alla luce con la lunghezza d'onda giusta.

L'esperimento dei ricercatori ha richiesto il riempimento della cavità tra gli specchi con un gas di atomi di cesio "superfreddi". Solitamente questi atomi non interferiscono con la luce che passa tra gli specchi, ma se viene sparato in mezzo a loro un singolo "gate fotonico" con un'angolazione differente cambiano le condizioni fisiche, in modo da impedire il passaggio della luce.

È molto complesso, e questa ricerca potrebbe non portare a nulla, ma non manca chi sta seguendo strade un po' più percorribili, come IBM. Forse il transistor fotonico troverà applicazione nel modo del quantum computing, dove al centro di tutto troviamo il qubit, ben diverso dal bit rappresentato da 1 o 0 – può avere entrambi i valori contemporaneamente (superposizione). Oggi è difficile mantenere i qubit in superposizione, ma i fotoni potrebbero corre in aiuto: la possibilità di attivare un gate ottico con un singolo fotone potrebbe consentire di realizzare insiemi di circuiti ottici, tutti in superposizione.