Luce al posto dei transistor: la fotonica computazionale italiana punta a riscrivere le regole del calcolo

C'è un momento, nella storia di ogni tecnologia dominante, in cui i fisici iniziano a scuotere la testa. Con il silicio siamo arrivati a quel momento da un po'. La legge di Moore rallenta, il calore diventa un nemico sempre più difficile da gestire, e la velocità degli elettroni — per quanto impressionante — ha i suoi limiti invalicabili. È qui che entra in gioco la luce.

La fotonica computazionale, ovvero l'idea di usare fotoni invece di elettroni per elaborare e trasmettere informazioni, non è una novità assoluta nei libri di testo. Ma trasformarla in qualcosa di commercialmente praticabile, scalabile e competitivo rispetto ai processori tradizionali? Questo è il territorio dove si sta giocando una delle partite tecnologiche più interessanti del decennio. E l'Italia, sorprendentemente o forse no, ha i suoi giocatori in campo.

Perché la luce batte gli elettroni (almeno in teoria)

Prima di parlare di chi ci sta lavorando in Italia, vale la pena capire perché questa tecnologia entusiasma così tanto la comunità scientifica. I fotoni viaggiano alla velocità della luce — ovvio, direte voi — ma la cosa importante è che lo fanno consumando pochissima energia rispetto agli elettroni, senza generare calore per effetto Joule, e permettendo di trasmettere più informazioni in parallelo attraverso diverse lunghezze d'onda. Si chiama multiplexing ottico, ed è uno dei vantaggi strutturali più potenti della fotonica.

In un data center tradizionale, buona parte dell'energia consumata serve a raffreddare i server. Con circuiti fotonici integrati, questa voce di costo potrebbe ridursi drasticamente. Non è poco, in un'epoca in cui l'AI sta facendo esplodere i consumi energetici delle infrastrutture digitali.

I laboratori italiani che ci credono davvero

Il Politecnico di Milano è probabilmente il polo più attivo in questo campo nel panorama italiano. Il gruppo di ricerca del Dipartimento di Fisica ha pubblicato negli ultimi anni lavori significativi sui circuiti fotonici integrati su piattaforma silicio-nitruro, una delle architetture più promettenti per applicazioni di calcolo ottico. L'approccio è pragmatico: non si tratta di sostituire completamente l'elettronica domani mattina, ma di creare sistemi ibridi dove la fotonica gestisce le operazioni più adatte alla luce — interconnessioni ad alta velocità, operazioni matriciali per reti neurali — lasciando all'elettronica quello che sa fare meglio.

A Pavia, l'Università ha un gruppo consolidato sulla fotonica integrata che collabora con STMicroelectronics — un nome che i lettori di Mondo Elettronica conoscono bene — per sviluppare processi produttivi compatibili con le linee di fabbricazione esistenti. Questo è un punto cruciale: la fotonica computazionale potrà decollare davvero solo quando sarà producibile con le stesse infrastrutture già usate per i chip elettronici, o quasi.

Sul fronte applicativo, il CNR — Consiglio Nazionale delle Ricerche — ha istituti distribuiti tra Milano, Lecce e Napoli che lavorano su aspetti complementari: dai materiali fotonici di nuova generazione alle architetture di calcolo ottico per applicazioni specifiche come il riconoscimento di immagini e l'elaborazione di segnali radar.

Startup e spin-off: il coraggio di industrializzare la ricerca

La ricerca accademica è una cosa; trasformarla in prodotto è un'altra. Negli ultimi anni sono nati alcuni spin-off universitari italiani che provano a fare esattamente questo salto.

Uno dei casi più interessanti è quello di alcune realtà nate nell'ecosistema del Politecnico di Torino e di quello milanese, che stanno sviluppando componenti fotonici per applicazioni nelle telecomunicazioni e nel sensing avanzato — un mercato già maturo dove la fotonica è consolidata e che funge da trampolino verso applicazioni computazionali più ambiziose. La strategia è intelligente: generare fatturato nel breve termine con prodotti già vendibili, reinvestendo in R&D per le applicazioni di calcolo che richiederanno ancora qualche anno.

C'è poi il tema delle partnership internazionali. Diverse università italiane partecipano a consorzi europei nell'ambito del programma Horizon Europe dedicati alla fotonica integrata. Il progetto EPHOTCH e iniziative simili vedono team italiani collaborare con omologhi tedeschi, olandesi e francesi, condividendo infrastrutture di test e know-how. L'Europa ha capito che in questo campo la competizione con Stati Uniti e Asia si vince solo aggregando le eccellenze continentali.

Il mercato che si sta aprendo

I numeri fanno capire perché vale la pena investire. Il mercato globale della fotonica integrata era valutato intorno ai 2 miliardi di dollari qualche anno fa, ma le proiezioni per il 2030 parlano di cifre ben superiori ai 10 miliardi, trainate proprio dalle applicazioni di calcolo e AI. I grandi player — Intel con la sua divisione fotonica, IBM, e una serie di startup americane ben finanziate come Lightmatter e Luminous Computing — si stanno muovendo velocemente.

L'Italia rischia di arrivare tardi? Il pericolo c'è, ma il quadro non è tutto negativo. Il vantaggio competitivo italiano non sta nella capacità di costruire chip fotonici in volume industriale — lì servirebbe una filiera produttiva che ancora non abbiamo — ma nella profondità della ricerca di base, nella capacità di sviluppare componenti specializzati e nel know-how su applicazioni verticali ad alto valore aggiunto.

Il settore delle telecomunicazioni ottiche, dove l'Italia ha una storia industriale solida grazie a realtà come quelle dell'ex polo Pirelli Cavi o alle competenze disperse sul territorio dopo varie vicissitudini industriali, potrebbe essere il punto di rientro naturale. Da lì, scalare verso applicazioni computazionali più complesse.

Le sfide che nessuno racconta abbastanza

Sarebbe disonesto dipingere un quadro solo roseo. La fotonica computazionale affronta ancora ostacoli tecnici seri. I fotoni, a differenza degli elettroni, non interagiscono facilmente tra loro — il che rende difficile costruire porte logiche ottiche efficienti. Le soluzioni attuali spesso usano approcci ibridi che riducono parte dei vantaggi teorici. E la miniaturizzazione dei componenti ottici, pur avanzata, non ha ancora raggiunto la densità dei circuiti elettronici moderni.

C'è poi il problema dell'ecosistema: software, strumenti di progettazione, standard industriali. L'elettronica tradizionale ha decenni di EDA tools e librerie consolidate; la fotonica computazionale sta costruendo tutto questo da zero, e l'Italia dovrà contribuire a questo sforzo se vuole essere un attore e non solo un fornitore di componenti.

Cosa serve adesso

Parlando con ricercatori del settore, emerge un messaggio abbastanza coerente: servono investimenti più continuativi e meno frammentati. I bandi europei aiutano, ma la discontinuità dei finanziamenti nazionali rende difficile mantenere team stabili e attraenti per i migliori talenti. Diversi ricercatori italiani di punta lavorano oggi a MIT, Stanford o nelle startup californiane — non per mancanza di competenze in patria, ma per mancanza di risorse e prospettive di lungo periodo.

Il PNRR ha inserito la fotonica tra le tecnologie abilitanti su cui puntare, e qualche segnale positivo arriva dai centri nazionali di ricerca finanziati nell'ultimo ciclo. Ma trasformare l'interesse istituzionale in ecosistema produttivo richiede tempo, coerenza e una visione industriale che vada oltre il singolo mandato governativo.

La luce, in fondo, viaggia veloce. La burocrazia un po' meno. Ma i laboratori italiani ci sono, le competenze ci sono, e la finestra di opportunità — per quanto non eterna — è ancora aperta. Vale la pena tenerla d'occhio.