Processador de luz fará cálculos simultâneos usando cores diferentes

 [Imagem: Sajeev John]

Pesquisadores da Universidade de Toronto, no Canadá, descobriram novos comportamentos da luz no interior de cristais fotônicos que poderão ser explorados para a construção de processadores ópticos que superam largamente os atuais processadores eletrônicos. E com a vantagem de não superaquecerem.

"Descobrimos que, ao esculpir um vácuo artificial específico no interior de um cristal fotônico, podemos controlar inteiramente o estado eletrônico dos átomos artificiais dentro desse vácuo", diz Xun Ma, que fez a descoberta sob a orientação do Dr. Sajeev John.

"Esta descoberta poderá viabilizar a construção dos computadores fotônicos, que são [potencialmente] mais de cem mais rápidos do que seus equivalentes eletrônicos, sem os problemas de dissipação de calor e outros gargalos atualmente enfrentados pela computação eletrônica," diz Ma.

Processadores ópticos

Os pesquisadores estavam tentando entender o chaveamento óptico, uma etapa fundamental para a construção de um transístor que funcione inteiramente com luz, em contraposição aos transistores atuais, que funcionam com base na passagem de corrente elétrica.

Vários grupos de cientistas já demonstraram a viabilidade dos transistores ópticos. No início de 2009, pesquisadores suíços apresentaram um transístor totalmente óptico com excelentes perspectivas.

Mas, como a área é de fronteira, ainda não está claro qual será a solução tecnológica que sairá vencedora. Outros avanços recentes incluem a comunicação nanofotônica no interior de um chip e até um mais versátil transístor a laser, que possui uma saída elétrica e outra óptica.

Ao tentar construir sua própria versão de uma chave liga-desliga que funcione inteiramente com luz, os pesquisadores canadenses depararam-se com um novo e inesperado mecanismo de chaveamento óptico. A descoberta exigiu a correção de uma das mais fundamentais equações da óptica quântica, conhecida como Equações de Bloch.

Vácuo para a luz

Usando rotas com poucos nanômetros de largura, os pesquisadores fizeram com que a luz passasse por um ponto de "vácuo."

"Um vácuo para a luz não é completamente vazio e pode até mesmo ser esvaziado ainda mais. Não se trata de um vácuo no sentido tradicional," explica John.

Ao passar por esse vácuo óptico, os pesquisadores verificaram que o comportamento da luz depende do seu comprimento de onda - da sua cor - variando abruptamente de uma cor para outra.

Neste vácuo, o estado de cada átomo - ou ponto quântico - pode ser manipulado com feixes de laser, cujas funções são determinadas pela sua cor. A variação nas cores permite a mudança do átomo de um estado excitado para um estado de baixa energia em um trilionésimo de segundo.

"Estes pontos quânticos podem, por sua vez, controlar outros feixes de pulsos ópticos, permitindo o processamento óptico de informações," diz Ma - tudo o que é necessário para que os feixes ópticos cruzados funcionem como um transístor.

As promessas da computação com luz

"Esse novo mecanismo permite que transistores ópticos totalmente integrados, na escala dos micrômetros, executem operações lógicas, usando canais de múltiplas frequências, em trilionésimos de segundo, com níveis de potência na faixa dos microwatts, cerca de um milionésimo da energia necessária para alimentar uma lâmpada comum", resume John.

A operação com múltiplas frequências de luz, referidas pelo pesquisador, significa que, ao contrário dos circuitos eletrônicos atuais, que têm seu funcionamento baseado na passagem de um único "canal de energia" - o próprio fluxo da corrente elétrica - um processador fotônico baseado no fenômeno agora descoberto poderá operar simultaneamente com inúmeros canais de luz, com cores diferentes, elevando exponencialmente a capacidade de cálculo.

A demonstração é, por enquanto, apenas uma prova de conceito, realizada em condições de laboratório. Os cientistas não se arriscam a prever quanto tempo levará para que os "computadores de luz" tornem-se uma realidade.