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Novo transistor óptico é 1.000 vezes mais rápido que os chips de silício comuns

Por| Editado por Douglas Ciriaco | 03 de Novembro de 2021 às 12h48

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twenty20photos/Envato
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Pesquisadores da IBM e do Instituto Skoltech, na Rússia, desenvolveram um dispositivo óptico mil vezes mais rápido que os transistores de silício convencionais usados em computadores. O novo interruptor é capaz de realizar 1 trilhão de operações por segundo com baixo consumo de energia.

Os computadores normalmente representam os dados como “0” e “1”, alternando os transistores entre um estado elétrico e outro. Já os comutadores ópticos podem operar mais rapidamente, com fótons viajando na velocidade da luz, algo teoricamente impossível para os elétrons.

“O que torna o novo dispositivo tão eficiente em termos de energia é que ele leva apenas alguns fótons para mudar. Na verdade, conseguimos alternar entre estados elétricos com apenas um fóton em temperatura ambiente. Estamos no caminho da fabricação de um processador totalmente óptico”, explica o professor de fotônica do Instituto Skoltech Pavlos Lagoudakis.

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Interruptor óptico

O novo dispositivo possui um filme de polímero semicondutor orgânico de 35 nanômetros de largura prensado entre dois espelhos altamente reflexivos, criando uma cavidade microscópica que mantém a luz presa em seu interior. Uma bomba de laser brilhante faz com que os fótons de unam ao material, gerando um conjunto de quasipartículas conhecido como Condensado de Bose-Einstein — coleções de partículas em que cada uma se comporta como um único átomo.

Um segundo laser, mais fraco, consegue alternar esse condensado entre dois níveis diferentes. O sistema com mais partículas representar o estado “ligado” de um transistor, enquanto aqueles com menos partículas fazem o papel do estado “desligado”, como ocorre no esquema binário tradicional.

“Outros dispositivos de comutação óptica com sensibilidade semelhante foram criados antes, mas eles precisam ser mantidos em temperaturas criogênicas e em equipamentos de resfriamento volumosos, o que limita severamente seu uso. Este novo interruptor não só consome pouca energia, como opera em temperatura ambiente”, acrescenta Lagoudakis.

Primeiro passo

Segundo os pesquisadores, ainda há um longo caminho até que essa tecnologia inovadora seja aplicada em computadores domésticos. Um dos desafios é eliminar o uso constante de uma bomba de laser para manter o dispositivo funcionando, sem aumentar o consumo de energia.

Uma das saídas encontrada pelos cientistas pode estar no desenvolvimento de nanomateriais como supercristais de perovskita, capazes de exibir uma superfluorescência que ajuda a reduzir o gasto excessivo de eletricidade durante o processo de comutação dos transistores ópticos.

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“Demorou 40 anos para o primeiro transistor eletrônico entrar em um computador pessoal. Mesmo que leve algum tempo até que o seu laptop tenha um chip feito com esses interruptores, aceleradores ópticos que executam operações mais rapidamente do que os chips comuns, ou detectores de luz ultrassensíveis em sensores LIDAR, poderiam usar esses novos transistores em apenas alguns anos”, encerra Lagoudakis.

Fonte: Skoltech