Memória eletro-óptica faz ponte entre computadores atuais e computadores de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/12/2019

O componente é feito com um material que muda de fase sob a ação de um pulso de luz ou de um pulso elétrico.
[Imagem: Farmakidis et al. - 10.1126/sciadv.aaw2687]

Casando elétrons com fótons

Está pronto o primeiro dispositivo em nanoescala integrado que pode ser programado tanto com fótons (luz) quanto com elétrons (eletricidade).

Esse componente eletro-óptico estabelece uma ponte entre os campos da computação eletrônica tradicional e a computação baseada em luz, permitindo usar memórias e processadores mais rápidos e com menor consumo de energia.

A incompatibilidade da computação elétrica e da computação baseada na luz decorre fundamentalmente dos diferentes volumes de interação em que elétrons e fótons operam. Os chips elétricos precisam ser pequenos para operar com eficiência, enquanto os chips ópticos precisam ser grandes porque o comprimento de onda da luz é maior do que o comprimento de onda dos elétrons.

Assim, embora tenha havido uma série de demonstrações recentes no uso da luz em determinados processos computacionais, faltava um dispositivo compacto para interagir com a arquitetura eletrônica dos computadores tradicionais.

A solução apresentada por Nikolaos Farmakidis e colegas da Universidade Oxford (Reino Unido) foi confinar a luz em estruturas em nanoescala, por meio do que é conhecido como plásmon polariton, uma quasipartícula que nasce da junção de um elétron com um fóton e está na base de um campo emergente conhecido como plasmônica.

Outra vantagem é que o componente não perde os dados na ausência de energia.
[Imagem: Farmakidis et al. - 10.1126/sciadv.aaw2687]

Memória eletro-óptica

Como as quasipartículas são ondulações superficiais no material, há uma dramática redução no tamanho das ondas, com um aumento significativo da densidade de energia, o que permitiu superar a aparente incompatibilidade entre fótons e elétrons para armazenamento e computação de dados.

Mais especificamente, Farmakidis demonstrou que, ao enviar sinais elétricos ou ópticos, o estado do material, que é fotossensível e eletrossensível, pode ser alternado entre dois estados diferentes de ordem molecular. Além disso, o estado desse material de mudança de fase foi lido pela luz ou pela eletrônica, tornando o dispositivo a primeira célula de memória eletro-óptica em nanoescala com características não voláteis.

As aplicações do novo componente são inúmeras. "Isso naturalmente inclui aplicações de inteligência artificial, onde em muitas ocasiões as necessidades de computação de alto desempenho e baixo consumo de energia excedem em muito nossos recursos atuais. Acredita-se que interfacear a computação fotônica baseada em luz com sua equivalente elétrica seja a chave para o próximo capítulo nas tecnologias CMOS," disse o professor Nathan Youngblood, coordenador da equipe.

Esta é a mesma equipe que demonstrou recentemente um neuroprocessador de luz incorporando inteligência artificial, além de ter realizado cálculos com luz diretamente na memória.

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