Transstor de luz acelera computao 1.000 vezes com energia mais baixa possvel


Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 24/09/2021

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Esquema do transstor de luz.
[Imagem: Polloc/CNRS]

Transstor de luz

Uma equipe da IBM e do Instituto de Tecnologia Skolkovo, na Rssia, criou um transstor ptico com potencial para substituir os transistores eletrnicos atuais em uma nova gerao de computadores que funcionam com ftons em vez de eltrons.

Alm da economia de energia direta, o transstor de luz no requer resfriamento e muito rpido: Quando trabalha na faixa de 1 trilho de operaes por segundo, ele entre 100 e 1.000 vezes mais rpido do que os transistores eletrnicos de primeira linha de hoje.

“O que torna o novo componente to eficiente em termos de energia que basta apenas alguns ftons para faz-lo chavear,” comentou o professor Anton Zasedatelev. “Na verdade, em nossos laboratrios aqui no Skoltech, conseguimos chave-lo com apenas um fton em temperatura ambiente!”

E no s isso: Alm de sua funo primria de transstor, a chave ptica pode atuar como um componente que conecta dispositivos transportando dados na forma de sinais pticos. Ou tambm pode servir como um amplificador, aumentando a intensidade de um feixe de laser de entrada por um fator de at 23.000.

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O componente tambm tem outras funes, como integrao de redes pticas e amplificador para lasers.
[Imagem: Anton V. Zasedatelev et al. – 10.1038/s41586-021-03866-9]

Como o transstor de luz funciona

Assim como um transstor comum alterna entre um 0 e um 1 ligando ou desligando a corrente eltrica que passa por ele, o transstor ptico faz esse chaveamento manipulando dois feixes de laser: Um feixe de laser de controle muito fraco usado para ligar ou desligar outro feixe de laser mais brilhante.

E no so lasers de alta potncia: Basta apenas alguns ftons no feixe de controle para ligar ou desligar o feixe mais forte, o que explica a alta eficincia energtica do componente.

A comutao ocorre dentro de uma microcavidade – um polmero semicondutor orgnico de 35 nanmetros ensanduichado entre estruturas inorgnicas altamente reflexivas. A microcavidade construda de forma a manter a luz que entra presa em seu interior pelo maior tempo possvel, para favorecer seu acoplamento com o material da cavidade.

Este acoplamento de luz-matria forma a base do novo componente: Quando os ftons se acoplam fortemente aos pares de eltron-lacuna – tambm conhecidos como excitons – no material da cavidade, isso d origem a entidades de curta durao, chamadas de exciton-polaritons, que so uma espcie de quasipartculas.

Quando o laser de bombeamento – o mais brilhante dos dois – chega ao transstor, isso cria milhares de quasipartculas idnticas no mesmo local, formando um condensado, que codifica os estados lgicos “0” e “1” do transstor.

Para alternar entre os dois estados do componente, um pulso do laser de controle “ativa” o condensado pouco antes da chegada do pulso de laser de bombeamento. Isto estimula a converso de energia do laser de bombeamento, aumentando a quantidade de quasipartculas no condensado: Uma grande quantidade de partculas ali corresponde ao estado “1” do transstor ptico.

Bibliografia:

Artigo: Single-photon nonlinearity at room temperature
Autores: Anton V. Zasedatelev, Anton V. Baranikov, Denis Sannikov, Darius Urbonas, Fabio Scafirimuto, Vladislav Yu. Shishkov, Evgeny S. Andrianov, Yurii E. Lozovik, Ullrich Scherf, Thilo Stferle, Rainer F. Mahrt, Pavlos G. Lagoudakis
Revista: Nature
Vol.: 597, pages 493-497
DOI: 10.1038/s41586-021-03866-9

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