Processador que opera na velocidade da luz agora em nanoescala

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/03/2022

O pequeno objeto central é matematicamente projetado para interagir com a luz de entrada (azul) e gerar a luz de saída já com a resposta (vermelho).
[Imagem: Heedong Goh et al. - 10.1103/PhysRevLett.128.073201]

Computação com luz

Assim como são usados para fazer mantos de invisibilidade, os metamateriais podem manipular a luz também para fazer computação.

Várias equipes vêm demonstrando isso há algum tempo, mostrando como processadores analógicos que usam luz em lugar de eletricidade podem ser muito mais rápidos e energeticamente eficientes do que os atuais computadores digitais.

A demonstração mais recente trouxe uma novidade adicional e muito bem-vinda: O processador de luz poderá ser ultraminiaturizado, já na faixa dos nanômetros.

Heedong Goh e Andrea Alù, da Universidade Cidade Nova Iorque, projetaram um processador fotônico que consegue resolver problemas matemáticos complexos - como equações integrais e diferenciais - na velocidade da luz.

E seus elementos básicos são em tudo parecidos com as antenas já usadas nos metamateriais, só que minúsculos, na faixa dos nanômetros.

Nanoprocessador de luz

É tudo instantâneo: Basta ligar o processador fotônico e ler a resposta.
[Imagem: Heedong Goh et al. - 10.1103/PhysRevLett.128.073201]

Os metamateriais com que a equipe vinha trabalhando até agora têm muitas vantagens, mas também têm o inconveniente de serem grandes, de difícil miniaturização.

Eles então idealizaram um nanoprocessador fotônico feito de silício. Em lugar dos transistores que manipulam a eletricidade nos computadores digitais, a unidade básica desse processador de luz - que é analógico - é uma nanoforma geométrica complexa, que manipula a luz de uma forma específica.

Por exemplo, a dupla descobriu que uma estrutura parecida com um trevo meio torto pode fornecer soluções para uma equação integral conhecida como equação de Fredholm.

Como essas nanoestruturas ainda não podem ser modificadas em tempo de execução, o processador nascerá otimizado para um determinado problema.

O problema é codificado em um feixe de luz, assim como a informação hoje é codificada para ser enviada por fibras ópticas, e esse feixe de luz entra no processador. As estruturas refletem a luz de uma determinada forma, liberando na saída um outro feixe contendo a solução igualmente codificada - tudo na hora, instantaneamente, à velocidade da luz.

"A ausência de fenômenos fortemente ressonantes torna a resposta robusta, e a natureza compacta abre [o caminho] para escalabilidade e o cascateamento desses processos, abrindo caminho para computadores analógicos eficientes e compactos baseados em microestruturas projetadas," escreveu a dupla.

O projeto está pronto e matematicamente demonstrado. Agora é esperar que os engenheiros construam os primeiros protótipos, o que não deverá oferecer nenhuma dificuldade séria.

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