Porta lgica e circuito integrado de luz

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 08/08/2024

Porta lgica de luz

Uma equipe da Alemanha e da Rssia criou um dispositivo lgico universal do tipo NOR (de NOT, um operador de negao, e OR, um operador de disjuno) totalmente ptico.

O dispositivo opera em temperatura ambiente, tem mltiplas entradas e funciona centenas de vezes mais rpido do que seus equivalentes eletrnicos. E, como o comprimento de onda da luz seria grande demais para ele, o componente lgico funciona com base em polaritons, que so partculas hbridas formadas pelo acoplamento de luz e matria, geralmente descritas como um “fluido quntico de luz”, que pode ser controlado atravs do seu componente de matria – o nome tcnico dessa luz lquida “condensado de polaritons”.

O mais importante que elementos lgicos desse tipo podem ser conectados em cascata, formando circuitos capazes de computao complexa e geral, tudo completamente ptico, ou seja, sem a necessidade de corrente eltrica – essa arquitetura alternativa, muito mais rpida e com consumo mnimo de energia, conhecida como computao ptica, ou computao fotnica.

“Por que [um componente] ptico melhor? Mais importante, porque ele no limitado a uma frequncia de clock de alguns GHz. Podemos trabalhar com transistores de polariton com uma frequncia de at 1 THz, que cerca de 300 vezes mais rpido do que os anlogos eletrnicos,” disse o professor Denis Sannikov, do Instituto de Cincia e Tecnologia Skolkovo.

Outra vantagem competitiva crucial desta nova tecnologia que o dispositivo lgico ptico tem 12 entradas. Em comparao, portas lgicas eletrnicas tipicamente tm entre 2 e 8 entradas, e apenas 1 ou 2 sadas.

O feito um passo adiante nas pesquisas da prpria equipe, que j havia criado um transstor de luz 1.000 vezes mais rpido e, mais recentemente, demonstrado a computao com luz a temperatura ambiente.

Circuito fotnico demonstrado pela equipe (esquerda) e esquema da inovao.
[Imagem: Chen-Lung Hung]

Circuito integrado de luz

Xinchao Zhou e colegas da Universidade de Purdue, nos EUA, tambm inovaram no campo dos componentes lgicos que funcionam com luz, s que em um nvel mais futurista, de menor prontido tecnolgica.

Eles criaram um circuito integrado fotnico usando tomos aprisionados por feixes de luz, e esses tomos funcionam como transistores pticos, transistores que operam com ftons, em vez de com eltrons.

Alm da computao convencional, esses tomos aprisionados demonstram o potencial de construir uma rede quntica baseada em circuitos integrados de luz usando uma plataforma de tomos frios.

“Ns desenvolvemos uma tcnica para usar lasers para resfriar e prender firmemente tomos em um circuito nanofotnico integrado, onde a luz se propaga em um pequeno ‘fio’ fotnico ou, mais precisamente, um guia de ondas que mais de 200 vezes mais fino que um fio de cabelo humano,” explicou o professor Chen-Lung Hung. “A essa distncia, os tomos podem interagir muito eficientemente com ftons confinados no guia de ondas fotnico. Usando instrumentos de nanofabricao de ltima gerao, ns modelamos o guia de ondas fotnico em um formato circular, com um dimetro de cerca de 30 micrmetros (trs vezes menor que um fio de cabelo humano) para formar um chamado ressonador de microanel. A luz circula dentro do ressonador de microanel e interage com os tomos presos.”

O principal aspecto desta demonstrao que este ressonador de microanis acoplado aos tomos serve como um transstor para ftons porque os tomos presos podem ser usados para bloquear o fluxo de luz atravs do circuito. Se os tomos estiverem no estado correto, os ftons podem transmitir atravs do circuito (um “1” digital), ou serem bloqueados (um “0” digital) se os tomos estiverem em outro estado. Quanto mais fortemente os tomos interagem com os ftons, mais eficiente esta porta lgica.

E n o apenas mais um transstor ptico porque a equipe conseguiu aprisionar simultaneamente 70 tomos, formando efetivamente um circuito integrado fotnico, uma novidade mundial no campo da computao fotnica, ainda que em uma configurao de laboratrio, no integrada ou miniaturizada.

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