Computadores feitos com luz serão cerca de 20 vezes mais rápidos do que o seu laptop

Durante as últimas quatro décadas, a indústria eletrônica foi impulsionada pela chamada Lei de Moore. Ela sugere que os dispositivos eletrônicos dobram em velocidade e capacidade a cada dois anos. E, de fato, todos os anos as empresas de tecnologia lançam gadgets mais rápidos e melhores.

 

À medida que ficam menores, eles também ficam mais rápidos e consomem menos eletricidade. No mundo da tecnologia, uma das maiores questões do século 21 é: Quão pequenos podemos deixar os transistores? Se houver um limite para quão pequenos podem ficar, podemos chegar a um ponto em que não podemos continuar a fazer dispositivos pequenos e eficientes. Esta é uma indústria com mais de US$ 200 bilhões em receita anual apenas nos EUA.

 

Aproximando-se do limite

No momento, empresas como a Intel produzem transistores de 14 nanômetros de diâmetro – apenas 14 vezes maiores do que as moléculas de DNA. Eles são feitos de silício, o segundo material mais abundante em nosso Planeta. O tamanho atômico do silício é de cerca de 0,2 nanômetro. Os transistores de hoje têm cerca de 70 átomos de silício de largura, portanto a possibilidade de torná-los ainda menores está acabando. Estamos chegando muito perto do limite de quão pequenos podemos deixá-los.

 

Atualmente, os transistores usam sinais elétricos – elétrons movendo-se de um lugar para outro – para se comunicar. Mas se pudéssemos usar luz, composta de fótons, em vez de eletricidade, poderíamos fazer transistores ainda mais rápidos.

 

Colocando luz dentro de um chip

Um transistor tem três partes e para ficar mais fácil de entender, pense nelas como partes de uma câmera digital. Primeiro, a informação entra na lente, análoga à fonte de um transistor. Em seguida, viaja por um canal do sensor de imagem para os fios dentro da câmera. E por último, a informação é armazenada no cartão de memória, que é chamado de “dreno” do transistor – onde as informações acabam por chegar.

 

Agora, tudo isso acontece movendo elétrons ao redor. Para substituir a luz como o meio, nós precisamos realmente mover fótons. Partículas subatômicas como elétrons e fótons viajam em um movimento ondulatório, vibrando para cima e para baixo, mesmo quando se movem em uma direção. O comprimento de cada onda depende do que está viajando.

 

Em silício, o comprimento de onda mais eficiente para fótons é de 1,3 micrômetro. Isso é muito pequeno: um cabelo humano tem cerca de 100 micrômetros de diâmetro. Já os elétrons no silício têm comprimentos de onda ainda menores: de 50 a 1.000 vezes mais curtos do que os fótons. Isso significa que o equipamento para lidar com fótons precisa ser maior do que os dispositivos de manipulação de elétrons que temos hoje. Portanto, pode parecer que isso nos forçaria a construir transistores maiores, ao invés de menores.

 

No entanto, por duas razões, poderíamos manter os chips do mesmo tamanho e fornecer mais poder de processamento, encolher chips ao mesmo tempo fornecendo o mesmo poder ou potencialmente ambos. Primeiro, um chip fotônico precisa apenas de algumas fontes de luz, gerando fótons que podem ser direcionados ao redor do chip com lentes e espelhos muito pequenos. E segundo, a luz é muito mais rápida do que os elétrons. Em média, fótons podem viajar cerca de 20 vezes mais rápido do que os elétrons em um chip.

 

Isso significa que os computadores são 20 vezes mais rápidos, um aumento de velocidade que levaria cerca de 15 anos para alcançar com a tecnologia atual. Os cientistas demonstraram progresso em relação a chips fotônicos nos últimos anos. Um dos principais desafios é garantir que os novos chips baseados em luz possam trabalhar com todos os chips eletrônicos existentes. Se pudermos descobrir como fazê-lo – ou até mesmo usar transistores baseados em luz para aprimorar os eletrônicos – poderemos ver uma melhoria significativa do desempenho.

 

Quando posso obter um laptop que use luz?

Ainda temos um caminho a percorrer até que o primeiro dispositivo atinja o mercado. O primeiro transistor foi feito no ano 1907 usando tubos de vácuo, que tinham tipicamente entre 1 e 6 polegadas de altura – em média 100 milímetros. Em 1947, o tipo atual de transistor –que agora tem apenas 14 nanômetros de diâmetro –tinha 40 micrômetros de comprimento (cerca de 3.000 vezes maior do que o atual). E em 1971 o primeiro microprocessador comercial era 1.000 vezes maior do que o de hoje quando foi lançado.

 

Os vastos esforços de pesquisa e a consequente evolução observada na indústria eletrônica estão apenas começando na indústria fotônica. Como resultado, a eletrônica atual pode executar tarefas que são muito mais complexas do que os melhores dispositivos fotônicos que temos disponíveis. Mas à medida que a pesquisa prossegue, a capacidade da luz vai aumentar e, em última instância, ultrapassar a velocidade da eletrônica. Por mais que muito trabalho seja necessário para chegar lá, o futuro da fotônica é brilhante. Artigo publicado originalmente em The Conversation.

[ Science Alert ] [ Fotos: Reprodução / Science Alert ]