Miniaturizada chave óptica que roteia os sinais das fibras ópticas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/01/2025

Para distribuir sinais ópticos é preciso usar roteadores que dirijam a luz para onde ela deve ir.
[Imagem: Xilin Feng et al. - 10.1038/s41566-024-01579-9]

Roteando sinais de luz

Damos por garantido que os sinais de internet que trafegam pelas fibras ópticas "façam as curvas" nos pontos adequados e com a maior velocidade possível, para que eles possam ser roteados e façam os trajetos adequados para trazer até nossos aparelhos os vídeos, imagens e textos que estamos baixando de um servidor no outro lado do mundo.

Esses roteamentos dos sinais de luz são feitos pelas chamadas chaves fotônicas. Embora rotineiramente usados para rotear os sinais ópticos, esses dispositivos sofrem de uma compensação fundamental entre tamanho e velocidade: Chaves maiores podem lidar com velocidades mais altas e mais dados, mas também consomem mais energia, ocupam mais espaço físico e aumentam os custos.

Agora, Xilin Feng e colegas da Universidade da Pensilvânia, nos EUA, conseguiram superar essa compensação, miniaturizando radicalmente os roteadores ópticos - a nova chave de luz mede apenas 85 x 85 micrômetros, o que a torna menor do que um grão de sal.

Ao manipular a luz em nanoescala com eficiência sem precedentes, o novo roteador óptico acelera o processo de entrada e saída de dados na superestrada de informações dos cabos de fibra óptica que circunda o globo.

"Ele tem o potencial de acelerar tudo, desde o streaming de filmes até o treinamento de inteligência artificial," disse o professor Liang Feng.

Em vez de um dispositivo grande e com alto consumo de energia, o novo roteador óptico é menor do que um grão de sal e está integrado em um chip de silício.
[Imagem: Xilin Feng et al. - 10.1038/s41566-024-01579-9]

Comutação não-Hermitiana

A nova chave óptica baseia-se na física não-Hermitiana, um ramo da mecânica quântica que explora como certos sistemas se comportam de maneiras incomuns, dando mais controle sobre o comportamento da luz. "Podemos ajustar o ganho e a perda do material para guiar o sinal óptico em direção à saída correta da rodovia da informação," resumiu Feng.

Em outras palavras, a física única em jogo no material usado para construir o componente óptico permite controlar o fluxo de luz dentro de um chip minúsculo, oferecendo um controle preciso sobre a conectividade de qualquer rede baseada em luz.

O resultado é que a nova chave pode redirecionar os sinais em trilionésimos de segundo com um consumo mínimo de energia. Tudo o que havia sido feito anteriormente ou era rápido ou era pequeno, mas nunca as duas coisas ao mesmo tempo.

"A comutação não-Hermitiana nunca havia sido demonstrada em uma plataforma fotônica de silício antes," diz Shuang Wu, membro da equipe. O uso de silício na fabricação do novo componente facilitará sua produção em massa e sua ampla adoção pela indústria. No topo da camada de silício, a chave consiste em um tipo específico de semicondutor conhecido como InGaAsP (fosfeto de arsenieto de índio e gálio), um material que é particularmente eficaz na manipulação de comprimentos de onda infravermelhos de luz, como aqueles normalmente transmitidos em cabos ópticos submarinos.

"Os dados só podem fluir tão rápido quanto pudermos controlá-los," disse Feng. "E em nossos experimentos mostramos que o limite de velocidade do nosso sistema é de apenas 100 picossegundos."

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