Circuito integrado fotnico armazena e processa dados usando apenas luz

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 19/09/2024

Armazenamento e processamento fotnico de dados

Em mais um marco para a computao fotnica, aquela dos processadores que usam luz em vez de eletricidade, pesquisadores apresentaram o prottipo de bits de luz comutveis e endereveis.

Em termos simples, esses chips permitem o endereamento preciso de bits individuais de luz, o que torna possvel armazenar e ler informaes binrias de maneira confivel, tudo opticamente, sem depender de eletricidade.

Toda a eletrnica baseada em microchips, ou circuitos integrados, se baseia em transistores, organizados em complexas redes de portas lgicas que recebem sinais binrios de entrada e geram sinais de sada, tudo usando eltrons como portadores de sinal.

O grande sonho hoje, que est se tornando realidade rapidamente, consiste em desenvolver portas lgicas nas quais a transmisso dos sinais ocorra usando ftons em vez de eltrons, o que muito mais rpido (na velocidade da luz) e consome muito menos energia. O problema que os ftons tipicamente no interagem uns com os outros, o que torna difcil us-los para processamento e armazenamento de dados.

Heyou Zhang e colegas das universidades de Bayreuth (Alemanha) e Melbourne (Austrlia) deram agora um passo importante nesta direo, criando mais uma arquitetura de computao fotnica prtica.

Princpio de funcionamento do armazenamento e processamento ptico de dados em um circuito integrado.
[Imagem: Heyou Zhang et al. – 10.1002/adom.202401029]

Circuito integrado fotnico

Em termos simples, a equipe demonstrou os fundamentos para o processamento puramente ptico de informaes, ou seja, uma computao na qual no apenas os bits so formados por luz, mas a interao entre os dados armazenados nesses bits pticos tambm totalmente feita por luz.

A demonstrao incluiu centenas de ciclos puramente pticos de leitura, gravao e apagamento de dados.

O hardware consiste em uma matriz de esferas microestruturadas feitas de polmero cujas molculas so sensveis luz, mudando de conformao fsica conforme estejam ou no iluminadas.

“So criados arranjos de esferas de polmero (unidades fotnicas) incorporando molculas fotocomutveis, que podem ser alternadas de forma reversvel e individual entre estados de alta e baixa emisso por fotoexcitao direta, sem qualquer processo de transferncia de energia ou eltrons dentro do sistema molecular,” explicou a equipe.

J o processamento das informaes binrias armazenadas opticamente feito escrevendo seletivamente informaes em uma determinada unidade fotnica, lendo o padro de sinal emissivo resultante e ento apagando novamente a informao, para que cada bit possa ser usado continuamente.

Nesta primeira demonstrao, essas matrizes foram usadas para gravar as letras do alfabeto, escritas em sucesso, no mesmo local. Para criar processadores capazes de operaes mais complexas, basta construir matrizes microestruturadas nas dimenses adequadas.

Embora seja apenas uma demonstrao de conceito, possvel pensar em circuitos integrados fotnicos muito complexos porque a luz oferece mais possibilidades de multiplexao do que os eltrons. “Com a luz, voc pode usar no apenas a intensidade do sinal (nmero de ftons), mas tambm o comprimento de onda (cor ou frequncia) ou a polarizao (direo de oscilao) para distinguir sinais,” explicou o professor Jurgen Kohler.

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