Forse non molti lo sanno, ma si trova a Pisa il più importante centro di ricerca italiano di fotonica e uno dei principali in Europa, dove lavorano 80 ricercatori con vari livelli di esperienza. Ricordiamo che la fotonica, una tecnologia di comunicazione basata sull’impiego dei fotoni in sostituzione degli elettroni, avrà conseguenze non solo in termini di velocità, ma anche di sostenibilità ambientale; nel XXI secolo sarà infatti la tecnologia abilitante per molti campi come la sensoristica, la biofotonica, il settore militare e la sicurezza, come ci spiega Giancarlo Prati, direttore dell’Istituto di Tecnologie della Comunicazione, dell’Informazione e della Percezione (TeCIP) della Scuola Superiore S.Anna.
Giancarlo Prati, direttore dell’Istituto di Tecnologie della Comunicazione, dell’Informazione e della Percezione (TeCIP) della Scuola Superiore Sant’Anna
A Pisa, in collaborazione con il Laboratorio di reti fotoniche del Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni (Cnit), è stata creata una realtà di ricerca integrata sulle tecnologie fotoniche per le telecomunicazioni, che svolge la sua attività di ricerca per favorire l’utilizzo delle fibre ottiche, creando così le condizioni per l’Internet del futuro. “Copriamo vari tipi di ricerca e sviluppo per le soluzioni del domani e del dopodomani in collaborazione con grandi aziende internazionali”, dice Prati, ricordando la massima attenzione della sua struttura al trasferimento tecnologico della ricerca. I risultati delle ricerche sviluppate con partner industriali, una volta dimostrati in laboratorio, vengono successivamente ingegnerizzati; se il committente decide di farne un prodotto, acquisisce il know-how e commercializza le soluzioni.
Nell’ambito delle telecomunicazioni i laboratori di Pisa si occupano di tutti i segmenti necessari per abilitare l’Internet superveloce che necessitano di soluzioni differenti: si va dal trasporto a lunga distanza, a quello regionale, da quello cittadino fino al cosiddetto ultimo miglio che connette l’utente privato o la singola azienda.
Internet superveloce: pensata A Pisa, sperimentata in Australia
Il più recente esperimento, realizzato in Australia, riguarda le reti per il trasporto a lunga distanza e si basa su una tecnologia tutta italiana, sviluppata nei laboratori di Pisa. La soluzione, grazie all’impiego di un algoritmo di compressione dei dati trasmessi messo a punto dai ricercatori che hanno lavorato al progetto, permette di raggiungere 1 Terabit al secondo sul singolo canale che corrisponde 1000 gigabit, ossia 10 volte superiore ai più avanzati dispositivi sul mercato a cui gli operatori evoluti stanno ancora guardando e 100 volte rispetto agli apparati più avanzati oggi installati che raggiungono i 10 Gigabit.
Luca Potì, Responsabile di Area di Ricerca del Cnit e Area Leader di Hight Capacity Optical Communication dell’Istituto TeCIP, ci spiega i dettagli dell’esperimento che ha utilizzato il sistema messo a punto presso i laboratori di Pisa in collaborazione con i ricercatori Gianluca Meloni, Gianluca Berrettini e Francesco Fresi, sempre del TeCIP.
Dopo essere stato già testato presso il laboratorio del Cnit, il nuovo prodotto è stato sperimentato sul campo in Australia sulla linea fra Sydney e Melbourne e presto coinvolgerà tutta la rete commerciale. La multinazionale Ericsson, che ha fino ad oggi sostenuto il progetto, ha infatti intenzione di investire ulteriori risorse sulla ricerca del Cnit e della Scuola Superiore Sant’Anna, per completare lo sviluppo industriale del sistema in fibra ottica che, secondo le previsioni, sarà disponibile entro quattro anni. Il nuovo sistema potrà essere alla base di una Internet superveloce in grado di rivoluzionare le prestazioni attuali. Solo per fare qualche esempio, in un secondo sarà possibile supportare contemporaneamente 200 milioni di chiamate voip, 15 milioni di video chiamate, scaricare 25 dvd multimediali, garantire 50mila connessioni adsl a 20Mbit/s e trasmettere in maniera simultanea 300mila video ad alta definizione.
Ci sono anche altre tecnologie in fase di sperimentazione, fra le quali quella descritta sulla rivista Science a opera del gruppo di ricerca guidato da Nenad Bozinovic, dell’Università di Boston, che promette di raggiungere 1,6 Terabit al secondo. Il metodo permette di creare canali paralleli per trasmettere dati in un singolo cavo di fibra ottica grazie al fenomeno dei cosiddetti ‘vortici ottici’. Ma a differenza di altre soluzioni, quella realizzata dai ricercatori di Pisa, non solo è stata sperimentata in laboratorio ma anche sulle normali linee gestite dall’australiana Telstra. E nel prossimo esperimento, a dicembre, si punterà a raddoppiare la velocità, verso i 2 Terabit al secondo.
In arrivo i circuiti integrati fotonici
Questo risultato è solo uno dei tasselli dell’attività di ricerca che si svolge presso il laboratorio di Pisa che si sta concentrando, fra l’altro, sulla progettazione e la realizzazione di prototipi di circuiti integrati basati sulla tecnologia fotonica. “La fotonica non solo è una tecnologia verde che consente notevoli risparmi energetici, ma consente anche di superare colli di bottiglia che riducono le prestazioni, cosa che con la sola elettronica non è possibile – aggiunge Prati –. Il nostro obiettivo è ottimizzare l’uso congiunto delle due tecnologie”.
La tecnologia fotonica è infatti ancora troppo costosa e gli apparati molto ingombranti per poterne consentire un impiego capillare. Un salto di qualità potrà derivare dallo sviluppo di circuiti integrati, equivalente al salto fatto dall’elettronica con il superamento dei transistor.
Sarà Pisa l’unica sede italiana dove si potranno progettare e realizzare prototipi di circuiti integrati utilizzando la fotonica, una delle cinque tecnologie identificate dall’Unione Europea come strategica per la nascita e per l’affermazione dell’Internet del futuro, che ci accompagnerà nel ventunesimo secolo.
Il Cnit e la Scuola Superiore Sant’Anna hanno, infatti, annunciato la realizzazione di una struttura strategica per i settori industriali ad alto tasso di innovazione tecnologica nel campo della fotonica integratata. Il progetto sarà cofinanziato dalla Scuola Superiore Sant’Anna, dalla Regione Toscana e dal coordinamento della Provincia di Pisa.
Un radar fotonico per l'aeroporto di Pisa
Un impiego concreto della fotonica è un radar, in fase di sperimentazione presso l’Aeroporto di Pisa, in grado di gestire anche il traffico aereo più intenso. Il prototipo, il primo al mondo, sfrutta la luce per generare e rilevare segnali di frequenze radio con un’efficienza migliore rispetto ai radar attuali. è stato realizzato in Italia con il finanziamento del Consiglio Europeo della Ricerca e grazie alla collaborazione fra il Cnit e il TeCIP.
La tecnologia alla base del radar fotonico, in grado di rilevare oggetti con una risoluzione maggiore, grazie ad antenne di dimensioni ridotte, può essere utilizzata per mettere a punto dispositivi portatili anche per la sicurezza delle persone. Ulteriori possibili applicazioni sono il monitoraggio ambientale, il controllo del traffico aereo e terrestre, l’integrazione di funzioni di comunicazione per le autorità di controllo aeroportuale.
