Telecomunicazioni tra Scienza e Fantascienza

Dorsali in fibra ottica, ADSL, UMTS, HSDPA e GPRS sono ormai una realtà, ma cosa ci riserva il futuro? In questo articolo tratteremo della scienza delle telecomunicazioni facendo anche due passi verso la fantascienza.
Il DWDM ( Dense Wavelength Division Multiplexing ) è una tecnologia utilizzata per le telecomunicazioni che è molto in voga nel presente, vediamo come funziona. Normalmente su un cavo di fibra ottica vengono trasmessi segnali su una sola frequenza per mezzo di un laser. Il DWDM utilizza laser di diverse frequenze, “mescola” i segnali prima di inviarli nella fibra e poi li separa nei segnali originali all’arrivo. In questo modo un cavo può permettere un’ampiezza di banda centinaia di volte superiore a quella delle trasmissioni tradizionali. Un aspetto positivo di questa tecnologia è che permette di iniziare ad utilizzare un cavo in fibra ottica con poche frequenze per poi aumentarle in base al traffico richiesto. Il problema maggiore di questo tipo di telecomunicazione è che il segnale deve essere amplificato ogni circa 100 km, quindi è necessario convertire il segnale da ottico ad elettrico, amplificarlo e poi riconvertirlo in ottico nuovamente. Naturalmente un sistema completamente ottico sarebbe il massimo per aumentare la velocità di trasmissione. Un mezzo per mitigare il problema è quello di aumentare il “tempo di vita” del segnale, come per esempio drogare le fibre ottiche con elementi della serie delle terre rare per farlo arrivare fino a 300 km di distanza.
I solitoni sono particolari forme d’onda che possono esistere solo in campi confinati, in pratica sono una cresta d’onda solitaria che si comporta più o meno come se fosse una particella, per la quale le normali leggi matematiche di sovrapposizione non valgono. In certi casi non è possibile nemmeno dimostrare se un campo permette o meno la presenza dei solitoni. Nel campo delle fibre ottiche però sono molto importanti in quanto queste sono confinate in uno stretto canale che permette l’esistenza dei solitoni al loro interno. Questi sono molto stabili ed hanno bisogno di meno amplificazione ed è possibile affollarli in una fibra con meno interferenze. Combinare i solitoni con il DWDM e magari su fibre dopate, sembrava fantascienza fino a pochi anni fa, invece esistono già questi sistemi di telecomunicazione con sistema soltanto ottico e solitoni densi, che raggiungono la velocità di 3,2 Tb/s ed amplificato ogni 800 km, se poi ci si accontenta di 1,6 Tb/s allora si deve amplificare ogni 2.000 km. Il sistema di switching ottico raggiunge poi una velocità di 16,8 Tb/s.
Finora abbiamo parlato di tecnologie attuali e già implementate, ora tuffiamoci in quelle che ancora devono arrivare. Il fullerene è una molecola sferica composta da 60 atomi di carbonio, ai fini delle telecomunicazioni è importante il fatto che può essere allungata indefinitivamente aggiungendo anelli di 10 atomi ciascuno. Il risultato di questo processo è il nanotubo, cioè una fibra monomolecolare 10.000 volte più sottile di un capello le cui proprietà di trasmissione si pensa siano strabilianti. Finora sono stati prodotti nanotubi lunghi pochi millimetri ed inoltre anche sporcati all’esterno da strati di carbonio, ma in futuro potrebbero essere prodotte industrialmente. I campi di applicazione dei nanotubi saranno vastissime: sostituire gli attuali chip in silice, costruzione di “nanorobot” e macchine microscopiche per mandarle all’interno del corpo umano o addirittura all’interno delle cellule o ribosomi per controllarne la replicazione o fasci di nanotubi per mandare in pensione la fibra ottica.

 
Oggi siamo abituati a trattare l’informazione digitale considerando il bit, cioè un modello matematico su base binaria, l’interruttore può essere aperto o chiuso. Basandosi sulla disuguaglianza di Bell, con uno schema non tanto diverso dal teletrasporto, un fotone può dare origine ad un’informazione ternaria anziché binaria. Invece cioè di trasportare 0 o 1, è possibile inviare 0, 1 o 2; non abbiamo più quindi un bit, bensì un trit. Sarà possibile quindi avere il byte non più composto da 8 bit, ma da 5 trit. In pratica con la stessa informazione inviata oggi avremo un incremento di un terzo delle informazioni digitali inviate, così da aumentare anche la velocità delle telecomunicazioni.
Un metodo per aumentare la velocità delle trasmissioni dei dati è aumentare la velocità del veicolo dell’informazione stessa che come tutti sappiamo arriva fino alla velocità della luce; esiste un modo per superare questo limite? Uno dei trucchi più in voga dagli scrittori di fantascienza è utilizzare i tachioni; entità matematiche con delle caratteristiche strane: la loro velocità minima nel vuoto sarebbe la velocità della luce, ma la loro velocità a riposo sarebbe infinita. Ricevendo energia, quindi, un tachione rallenta fino a raggiungere la velocità della luce, mentre se si tenta di fermarlo accellererebbe fino ad una velocità infinita. A questo punto dobbiamo chiederci se la velocità della luce sia la massima arrivabile e casomai se così non fosse occorrerebbe spostare il limite per non entrare in un paradosso. Sappiamo comunque che esistono dei modi per estrarre una parte dell’energia dal vuoto ed allora questo “vuoto svuotato” consentirebbe di avere una velocità maggiore di quella della luce.
Dopo questo viaggio nella fantascienza torniamo sulla terra dicendo che le comunicazioni con il DWDM accoppiato ai solitoni e magari con l’uso dei nanotubi permetteranno un considerevole aumento dell’ampiezza di banda, che però non risulterà rivoluzionario nelle telecomunicazioni; certo che i nanotubi avranno un altro effetto sulla nanorobotica e le altre nanotecnologie.