Imagine um computador doméstico operando 1 milhão de vezes mais rápido que o hardware mais caro do mercado. Agora imagine esse nível de poder de computação como o padrão da indústria. Pesquisadores da Universidade do Arizona esperam abrir caminho para essa realidade usando computação óptica baseada em luz, uma melhoria marcante em relação aos transistores baseados em semicondutores que atualmente governam o mundo.

"Os transistores baseados em semicondutores estão em todos os eletrônicos que usamos hoje", disse Mohammed Hassan, professor assistente de física e ciências ópticas. "Eles fazem parte de todas as indústrias - de brinquedos infantis a foguetes - e são os principais blocos de construção da eletrônica."

Hassan liderou uma equipe internacional de pesquisadores que publicou o artigo de pesquisa "Comutação óptica ultrarrápida e codificação de dados em campos de luz sintetizados" na Science Advances em fevereiro. O pesquisador associado de pós-doutorado em física da UArizona, Dandan Hui, e o estudante de pós-graduação em física Husain Alqattan também contribuíram para o artigo, além de pesquisadores da Ohio State University e da Ludwig Maximilian University of Munich.

Os semicondutores em eletrônica dependem de sinais elétricos transmitidos por micro-ondas para alternar - permitindo ou impedindo - o fluxo de eletricidade e dados, representado como "ligado" ou "desligado". Hassan disse que o futuro da eletrônica será baseado no uso de luz laser para controlar sinais elétricos, abrindo a porta para o estabelecimento de "transistores ópticos" e o desenvolvimento de eletrônicos ópticos ultrarrápidos.

Desde a invenção dos transistores semicondutores na década de 1940, o avanço tecnológico se concentrou no aumento da velocidade na qual os sinais elétricos podem ser gerados – medidos em hertz. Segundo Hassan, os transistores semicondutores mais rápidos do mundo podem operar a uma velocidade de mais de 800 gigahertz. A transferência de dados nessa frequência é medida em uma escala de picossegundos, ou um trilionésimo de segundo.

O poder de processamento do computador aumentou constantemente desde a introdução do transistor semicondutor, embora Hassan tenha dito que uma das principais preocupações no desenvolvimento de uma tecnologia mais rápida é que o calor gerado pela adição contínua de transistores a um microchip acabaria exigindo mais energia para resfriar do que pode passar. o chip.

Em seu artigo, Hassan e seus colaboradores discutem o uso de comutação totalmente óptica de um sinal de luz ligado e desligado para atingir velocidades de transferência de dados superiores a um petahertz, medido na escala de tempo attossegundo. Um attosegundo é um quintilionésimo de segundo, o que significa uma transferência de dados 1 milhão de vezes mais rápida do que os transistores semicondutores mais rápidos.

Embora já tenha sido demonstrado que os interruptores ópticos atingem velocidades de processamento de informações mais rápidas do que a tecnologia baseada em transistores semicondutores, Hassan e seus coautores conseguiram registrar os sinais de ligar e desligar de uma fonte de luz acontecendo na escala de bilionésimos de segundo. Isso foi conseguido aproveitando uma característica da sílica fundida, um vidro frequentemente usado em ótica. A sílica fundida pode mudar instantaneamente sua refletividade e, usando lasers ultrarrápidos, Hassan e sua equipe conseguiram registrar mudanças no sinal de uma luz na escala de tempo attossegundo. O trabalho também demonstrou a possibilidade de envio de dados na forma de "1" e "0" representando ligar e desligar via luz em velocidades antes impossíveis.

“Esse novo avanço também permitiria a codificação de dados em pulsos de laser ultrarrápidos, o que aumentaria a velocidade de transferência de dados e poderia ser usado em comunicações de longa distância da Terra para o espaço profundo”, disse Hassan . "Isso promete aumentar a velocidade limitante do processamento de dados e codificação de informações e abrir um novo domínio da tecnologia da informação."