Nas últimas quatro décadas, a indústria eletrônica foi regida pela Lei de Moore. Importante notar que, na verdade, ela não é uma lei e sim uma observação. Ela sugere que os dispositivos eletrônicos durem cerca de dois anos devido a sua velocidade e capacidade. Dessa forma, a cada ano, as empresas de tecnologia apresentam gadgets mais rápidos e mais poderosos. Segundo Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, a Lei de Moore é sobre o número de transistores incorporado em um chip a cada 24 meses.
Transistores, interruptores elétricos minúsculos, são a unidade fundamental que compõe todos os dispositivos eletrônicos que podemos imaginar. Da mesma forma que se tornam menores, eles também ficam mais rápidos e consomem menos energia elétrica. Se houver um limite de tamanho para os transistores, chegamos a um ponto em que não é possível deixá-los menores, mais poderosos e eficientes.
Empresas como a Intel possuem transistores de produção em massa de 14 nanômetros de diâmetro – apenas 14 vezes maiores do que moléculas de DNA. Eles são feitos de silício, o segundo material mais abundante em nosso Planeta. O tamanho atômico do silício é cerca de 0,2 nanômetros. Os transistores de hoje têm cerca de 70 átomos de silício de largura, portanto a possibilidade de torná-los ainda menores está diminuindo. Isso significa que estamos chegando muito perto do limite de quão pequeno podemos fazer um transistor.
Os transistores usam sinais elétricos – elétrons movendo-se de um lugar para outro – para se comunicarem. Mas se pudéssemos usar luz, composta de fótons, ao invés de eletricidade, poderíamos deixar os transistores ainda mais rápidos. Um transistor tem três partes. Pense nelas como partes de uma câmera digital. Primeiro, a informação entra na lente, análoga à fonte do transistor.
Em seguida, ela viaja através de um canal do sensor de imagem para os fios dentro da câmera. E por último, as informações são armazenadas no cartão de memória da câmera, que é chamado de “dreno” no transistor – onde as informações acabam por chegar. Agora, tudo isso acontece movendo elétrons ao redor. Para usar a luz como meio, precisamos mover os 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 transitando. No silício, o comprimento de onda mais eficiente para fótons é de 1,3 micrômetro, ou seja, muito curto – um fio de cabelo humano possui cerca de 100 micrômetros. Mas, elétrons de silício são ainda menores – com comprimento de onda de 50 a 1.000 vezes menor 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. Desse modo, é preciso construir transistores maiores, e não menores. No entanto, podemos mudar essa tendência e otimizar tamanho e/ou processamento.
Um chip de fótons precisa apenas de algumas fontes de luz, porém a luz é muito mais rápida que os elétrons. Fótons podem viajar cerca de 20 vezes mais rápido do que os elétrons em um chip. Cientistas demonstraram progresso em direção aos chips fotônicos nos últimos anos. Um dos principais desafios é garantir que os novos chips possam trabalhar com todos os chips eletrônicos existentes. Quando poderemos ter um computador ou smartphone com chips fotônicos?
Os pesquisadores ainda têm um caminho a percorrer até que o primeiro dispositivo atinja o mercado. O primeiro transistor foi feito em 1907 usando tubos de vácuo, que tinham em média 100 milímetros. Em 1947, o tipo de transistor de corrente – o que tem agora apenas 14 nanômetros de diâmetro – tinha 40 micrômetros de comprimento. Em 1971, o primeiro microprocessador comercial era 1.000 vezes maior do que os de hoje.
Apesar da pesquisa e da evolução na indústria eletrônica, as descobertas na indústria fotônica estão apenas começando. Como resultado, a eletrônica atual pode executar tarefas que são muito mais complexas do que os melhores dispositivos fotônicos atuais suportam. Mas, à medida que a pesquisa prossegue, essa possibilidade tende a ser mais atrativa do que a eletrônica. Artigo originalmente publicado no The Conversation.
[ Science Alert ] [ Fotos: Reprodução / Science Alert ]
