Porta lgica magnnica acena para prxima gerao de processamento de informaes

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Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 30/08/2021

Porta l

Esta uma tecnologia que pode servir tanto ao reino eletrnico clssico, quanto ao reino da computao quntica.
[Imagem: Xufeng Zhang/ANL]

Eletromagnnica

Depois dos transistores, a unidade bsica mais fundamental da eletrnica e da computao a porta lgica, um circuito minimalista que controla o fluxo de informao de um lugar para outro por meio de um sinal eltrico.

A diferena entre uma porta lgica, que controla o fluxo de eletricidade, e uma torneira que deixa passar ou interrompe o fluxo de gua, que as portas eletrnicas abrem e fecham milhes (MHz) ou bilhes (GHz) de vezes por segundo.

Mas uma nova tecnologia, chamada eletromagnnica, permite fazer esse chaveamento – ligar e desligar a passagem do sinal – virtualmente na velocidade da luz.

A descoberta fundamental fetia agora que possvel controlar, em tempo real, a transferncia de informaes entre ftons (luz) e magnons de micro-ondas (matria). Ftons so partculas elementares de luz, enquanto magnons so quasipartculas que representam ondas de spin, ou seja, distrbios semelhantes a ondas em uma matriz magneticamente ordenada de eltrons, matriz esta que emerge na superfcie de alguns materiais magnticos.

E isso pode resultar em uma nova gerao de dispositivos clssicos de sinais eletrnicos e qunticos que podem ser usados em vrias aplicaes, como comutao de sinais, computao de baixa potncia e redes qunticas – a expectativa que a magnnica viabilize processadores 1.000 vezes mais rpidos e que no esquentam, porque essa tecnologia no envolve o trfego de eltrons.

“Muitos grupos de pesquisa esto combinando diferentes tipos de portadores de informao para o processamento da informao,” explica o pesquisador Xufeng Zhang, do Laboratrio Nacional Argonne, nos EUA. “Esses sistemas hbridos permitiro aplicaes prticas que no so possveis com portadores de informaes de um nico tipo.”

Regime clssico e regime quntico

A operao coerente das portas lgicas (controle sobre ligado, desligado e durao de cada estado) envolvendo ftons e magnons pode ser feita, em princpio, ajustando rapidamente os nveis de energia entre o fton e o magnon.

No entanto, esse ajuste depende da alterao da configurao geomtrica do componente, o que exige muito mais tempo do que o tempo de vida do magnon – da ordem de 100 nanossegundos. Isso vinha inviabilizando a criao de portas lgicas magnnicas at agora.

Usando um novo mtodo para ajustar o nvel de energia, a equipe foi capaz de alternar rapidamente entre os estados magnnico e fotnico em perodos de 10 a 100 nanossegundos, o que mais curto do que a vida do magnon ou do fton.

“Comeamos sintonizando o fton e o magnon com um pulso eltrico, para que tenham o mesmo nvel de energia,” disse Zhang. “Ento, a troca de informaes comea entre eles e continua at que o pulso eltrico seja desligado, o que muda o nvel de energia do magnon para longe daquele do fton.”

Alm de dar um impulso para essa emergente tecnologia magnnica, o mecanismo funciona tanto no regime eletrnico clssico, como tambm pode ser prontamente aplicado para manipular estados magnnicos no regime quntico. Isso abre oportunidades para processamento de sinais em computao quntica, comunicaes e deteco.

Bibliografia:

Artigo: Coherent Gate Operations in Hybrid Magnonics
Autores: Jing Xu, Changchun Zhong, Xu Han, Dafei Jin, Liang Jiang, Xufeng Zhang
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 126, 207202
DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.207202

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