Computadores à base de luz, em vez de eletricidade, podem ser 20x mais rápidos que os convencionais

A indústria de eletrônicos nunca para de crescer, e nas últimas quatro décadas vem seguindo a chamada ‘Lei de Moore’, que diz que a cada dois anos os aparelhos eletrônicos devem se tornar duas vezes mais rápidos e funcionais. Não é por menos que a cada ano as empresas de eletrônicos apresentam gadgets melhores e mais eficazes. Especificamente, a Lei de Moore, nomeada em referência ao cofundador da Intel, Gordon Moore, diz que “o número de transistores incorporados em um chip deve dobrar a cada 24 meses”.

Os transistores, interruptores elétricos minúsculos, são a unidade fundamental que dirige todos os dispositivos eletrônicos que podemos imaginar. À medida que ficam menores, eles também ficam mais rápidos e consomem menos eletricidade para operar. E uma das maiores dúvidas do século 21 é como nós podemos continuar fazendo transistores menores. Se existe um limite, um dia o alcançaremos, e então não vamos mais conseguir fazer dispositivos menores, mais potentes e mais eficientes. Seria esse o fim de uma indústria que gira mais de 200 bilhões de dólares anualmente apenas nos Estados Unidos?

Talvez não.

Atualmente, companhias como a Intel estão produzindo, em massa, transistores de 14 nanômetros – apenas 14x mais largos que moléculas de DNA. Eles são feitos de silício, o segundo material mais abundante do nosso planeta. O tamanho atômico do silício é de 0,2 nanômetros. Os transistores atuais possuem cerca de 70 átomos de silício, então a possibilidade de fazer transistores menores está cada vez mais diminuindo. Atualmente, os transistores utilizam sinais elétricos – elétrons que se movem de um lugar para outro – para se comunicar. Mas se nós conseguíssemos usar a luz, feita de fótons, em vez da eletricidade, poderíamos fazer transistores ainda mais rápidos. O meu trabalho, que consiste em encontrar formas de integrar o processamento com base na luz, é parte desse esforço.

Steve Jurvetson/Flickr

Um transistor possui três partes. Pense nele como partes de uma câmera digital. Primeiro, a informação chega até a lente, análoga à fonte do transistor. Então ela viaja por um canal até o sensor de imagem dentro da câmera. Por último, a informação é armazenada no cartão de memória, que é chamado de dreno – onde a informação chega por fim. Atualmente, tudo isso ocorre pelo movimento de elétrons. Para que a luz seja uma substituta para esse processo, precisaríamos mover os fótons. Partículas subatômicas, como os elétrons e fótons viajam em um movimento ondular, vibrando para cima e para baixo enquanto se movem em uma direção. O comprimento de cada onda depende do que está atravessando o sistema. No silício, o comprimento de onda mais eficiente para fótons é de 1,3 micrômetros. Isso é algo realmente pequeno – o cabelo humano possui cerca de 100 micrômetros.

Mas os elétrons no silício são ainda menores – com comprimentos de onda de 50 a 1000 vezes menores que os fótons. Isso significa que o equipamento para lidar com os fótons precisa ser maior que aqueles utilizados na manuseio de elétrons. Isso significa que precisamos construir transistores maiores. Entretanto, por dois motivos, nós podemos manter os chips do mesmo tamanho e proporcionar maior poder de processamento, encolher os chips e fornecer a mesma potência, ou, potencialmente, ambos.

Primeiramente, o chip fotônico necessita de apenas algumas fontes de luz, gerando fótons que podem ser direcionados para a área ao redor do chip com pequenas lentes e espelhos. E em segundo lugar, a luz é muito mais rápida que os elétrons. Em média, fótons podem viajar 20x mais rápido que os elétrons em um chip. Isso significa computadores 20x mais rápidos, um aumento de velocidade que levaria 15 anos para acontecer com a nossa tecnologia atual.

Cientistas demonstraram progresso em relação aos chips fotônicos nos últimos anos. Um desafio chave é ter certeza de que os novos chips podem funcionar com todos os chips eletrônicos que existem atualmente. Se formos capazes de entender como fazer isso, ou como usar os transistores baseados em luz para aprimorar os eletrônicos, então poderemos ver grandes melhorias.

Evidente que ainda há um caminho considerável pela frente até que possamos encontrar computadores e smartphones utilizando essa tecnologia, mas à medida que as pesquisas avançarem, ela poderá pegar de vez. Independente do tempo que leve para chegar até lá, o futuro da fotônica é brilhante.

Fonte: Climatologia Geográfica