Processador excitônico comunica-se diretamente por luz

Agostinho Rosa - 28/09/2009

A complexa estrutura do transístor à base de excitons, que transforma os elétrons necessários aos cálculos no processador diretamente em fótons para transmissão por fibra óptica.
[Imagem: Grosso et al./Nature Photonics]

Circuito de excitons

Há cerca de um ano, pesquisadores norte-americanos demonstraram a possibilidade de criação de circuitos eletrônicos nos quais os elétrons são substituídos por excitons - pares de elétrons (com carga negativa) e lacunas (com carga positiva) que emitem fótons espontaneamente quando o elétron e a lacuna se recombinam.

Em substituição aos atuais processadores eletrônicos, eles então demonstraram a possibilidade concreta de se construir um processador "excitônico".

Essa geração espontânea de fótons significa que um circuito integrado que funcione com base em excitons dispensará todo o aparato de conversão optoeletrônica que é necessário hoje para permitir que os computadores conversem entre si por meio das redes de fibras ópticas.

Naquela primeira experiência, o circuito integrado de excitons funcionava apenas a uma temperatura muito baixa, apenas 1,5 Kelvin acima do zero absoluto. Isto não apenas é mais frio do que a média da temperatura encontrada no espaço profundo, como também só pode ser alcançada em equipamentos caríssimos existentes apenas nos laboratórios de pesquisa mais avançados.

Barato como gasolina

Agora, a mesma equipe "esquentou" seu circuito integrado, fazendo-o funcionar a -148º C. Embora ainda seja bastante fria, esta temperatura pode ser obtida com nitrogênio líquido, uma substância disponível comercialmente e cujo preço por litro não é muito maior do que o preço de um litro de gasolina.

Mas os pesquisadores ainda não chegaram no limite das possibilidades do novo circuito e os avanços continuarão. "Nosso objetivo é criar dispositivos eficientes baseados em excitons que sejam operacionais a temperatura ambiente e que possam substituir os equipamentos eletrônicos em situações nas quais a velocidade de interconexão é importante", disse Leonid Butov, da Universidade de San Diego, coordenador da pesquisa.

"Ainda estamos nos estágios iniciais do desenvolvimento. Só recentemente nossa equipe comprovou o princípio de funcionamento de um transistor baseado em excitons e a pesquisa está avançando", alertou Butov.

O que são excitons?

Os excitons são pares constituídos por elétrons, que têm carga negativa, e lacunas, ou ausência de elétrons, que têm carga positiva. Esses pares podem ser formados pela injeção de fótons em materiais semicondutores, como o arseneto de gálio. Quando o elétron e a lacuna se combinam, o exciton decai e libera sua energia de volta na forma de fótons.

Hoje, para comunicarem-se em rede, os computadores recebem as informações dos outros computadores por meio de cabos de fibra óptica. Os dados codificados nos fótons que transitam nas fibras devem primeiro ser convertidos para correntes elétricas, ou seja, devem ser "traduzidos" de fótons para elétrons, para então serem inseridos no circuito do computador.

A seguir, toda a computação é feita no processador na forma de elétrons. Para que o resultado possa ser passado adiante ou devolvido ao computador original, o processo deve ser repetido ao reverso, ou seja, os elétrons devem ser novamente transformados em fótons, por meio de interfaces optoeletrônicas, para que possam ser novamente transmitidos pelas redes de fibras ópticas.

Todo esse processo é extremamente caro em termos de velocidade da rede como um todo. Se essa transformação de elétrons em fótons puder ser dispensada, como acontecerá com um circuito eletrônico que funcione com base em excitons, a interconexão entre os computadores deixará de ser um gargalo, elevando enormemente a velocidade de processamento nos supercomputadores, nos grids e nuvens de computação e nas redes de banda larga em geral.

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