Este chip faz cálculos com luz e para a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/12/2023

O processamento analógico fotônico é feito na velocidade da luz, gastando quase nada de energia.
[Imagem: Politecnico di Milano]

Processador matemático fotônico

Os chamados processadores de luz, ou processadores fotônicos, que fazem computação usando luz em vez de eletricidade, talvez sejam a melhor alternativa para uma plataforma informática mais veloz e com menor consumo de energia, mas ainda há obstáculos a vencer.

O problema é bem conhecido: A luz é sensível a qualquer tipo de obstáculo, mesmo os muito pequenos. Pense, por exemplo, em como vemos os objetos quando olhamos através de uma janela fosca ou simplesmente quando nossos óculos ficam embaçados. O efeito é bastante semelhante em um feixe de luz que transporta fluxos de dados em sistemas ópticos: A informação, embora ainda presente, é completamente distorcida e extremamente difícil de recuperar.

Mas a ajuda já está a caminho, trazida por SeyedMohammad SeyedinNavadeh e colegas da Escócia, Itália e EUA.

SeyedinNavadeh criou chips fotônicos que calculam matematicamente a forma ideal da luz para que ela passe da maneira mais eficiente possível por qualquer ambiente, mesmo que seja um ambiente desconhecido, como defeitos desconhecidos em um chip, ou que mude ao longo do tempo.

"Nossos chips são processadores matemáticos que fazem cálculos com a luz de forma muito rápida e eficiente, quase sem consumo de energia. Os feixes ópticos são gerados por meio de operações algébricas simples, essencialmente somas e multiplicações, realizadas diretamente nos sinais luminosos e transmitidas diretamente por microantenas integradas nos chips. Esta tecnologia oferece muitas vantagens: Processamento extremamente fácil, alta eficiência energética e uma enorme largura de banda, superior a 5000 GHz," disse o professor Francesco Morichetti, do Instituto Politécnico de Milão.

Princípio de funcionamento e protótipo do processador de luz.
[Imagem: SeyedMohammad SeyedinNavadeh et al. - 10.1038/s41566-023-01330-w]

Computação analógica

Os dispositivos criados pela equipe são pequenos chips de silício que funcionam como transceptores inteligentes: Trabalhando em pares, eles podem calcular de forma automática e independente qual formato um feixe de luz precisa ter para passar por um ambiente genérico com eficiência máxima.

Além disso, esses chips ópticos conseguem gerar múltiplos feixes de luz sobrepostos, cada um com seu formato particular, e direcioná-los sem que eles interfiram uns nos outros. Desta forma, a capacidade de transmissão aumenta muito.

Além da migração da eletrônica para a fotônica, esses processadores de luz representam uma migração da computação digital para a computação analógica.

"Hoje, toda a informação é digital, mas na verdade as imagens, os sons e todos os dados são inerentemente analógicos. A digitalização permite um processamento muito complexo mas, à medida que o volume de dados aumenta, estas operações tornam-se cada vez menos sustentáveis em termos de energia e computação. Hoje há grande interesse em retornar às tecnologias analógicas, por meio de circuitos dedicados (coprocessadores analógicos) que servirão como habilitadores para os sistemas de interconexão sem fio 5G e 6G do futuro. Nossos chips funcionam exatamente assim," disse o professor Andrea Melloni.

"A computação analógica que utiliza processadores ópticos é crucial em numerosos cenários de aplicação que incluem aceleradores matemáticos para sistemas neuromórficos, computação de alto desempenho (HPC) e inteligência artificial, computadores quânticos e criptografia, sistemas avançados de localização, posicionamento e sensores e, em geral, em todos sistemas onde é necessário o processamento de grandes quantidades de dados em altíssima velocidade," acrescentou Marc Sorel, membro da equipe.

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