Porta lógica magnônica acena para próxima geração de processamento de informações

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/08/2021

Esta é uma tecnologia que pode servir tanto ao reino eletrônico clássico, quanto ao reino da computação quântica.
[Imagem: Xufeng Zhang/ANL]

Eletromagnônica

Depois dos transistores, a unidade básica mais fundamental da eletrônica e da computação é a porta lógica, um circuito minimalista que controla o fluxo de informação de um lugar para outro por meio de um sinal elétrico.

A diferença entre uma porta lógica, que controla o fluxo de eletricidade, e uma torneira que deixa passar ou interrompe o fluxo de água, é que as portas eletrônicas abrem e fecham milhões (MHz) ou bilhões (GHz) de vezes por segundo.

Mas uma nova tecnologia, chamada eletromagnônica, permite fazer esse chaveamento - ligar e desligar a passagem do sinal - virtualmente na velocidade da luz.

A descoberta fundamental fetia agora é que é possível controlar, em tempo real, a transferência de informações entre fótons (luz) e magnons de micro-ondas (matéria). Fótons são partículas elementares de luz, enquanto magnons são quasipartículas que representam ondas de spin, ou seja, distúrbios semelhantes a ondas em uma matriz magneticamente ordenada de elétrons, matriz esta que emerge na superfície de alguns materiais magnéticos.

E isso pode resultar em uma nova geração de dispositivos clássicos de sinais eletrônicos e quânticos que podem ser usados em várias aplicações, como comutação de sinais, computação de baixa potência e redes quânticas - a expectativa é que a magnônica viabilize processadores 1.000 vezes mais rápidos e que não esquentam, porque essa tecnologia não envolve o tráfego de elétrons.

"Muitos grupos de pesquisa estão combinando diferentes tipos de portadores de informação para o processamento da informação," explica o pesquisador Xufeng Zhang, do Laboratório Nacional Argonne, nos EUA. "Esses sistemas híbridos permitirão aplicações práticas que não são possíveis com portadores de informações de um único tipo."

Regime clássico e regime quântico

A operação coerente das portas lógicas (controle sobre ligado, desligado e duração de cada estado) envolvendo fótons e magnons pode ser feita, em princípio, ajustando rapidamente os níveis de energia entre o fóton e o magnon.

No entanto, esse ajuste depende da alteração da configuração geométrica do componente, o que exige muito mais tempo do que o tempo de vida do magnon - da ordem de 100 nanossegundos. Isso vinha inviabilizando a criação de portas lógicas magnônicas até agora.

Usando um novo método para ajustar o nível de energia, a equipe foi capaz de alternar rapidamente entre os estados magnônico e fotônico em períodos de 10 a 100 nanossegundos, o que é mais curto do que a vida do magnon ou do fóton.

"Começamos sintonizando o fóton e o magnon com um pulso elétrico, para que tenham o mesmo nível de energia," disse Zhang. "Então, a troca de informações começa entre eles e continua até que o pulso elétrico seja desligado, o que muda o nível de energia do magnon para longe daquele do fóton."

Além de dar um impulso para essa emergente tecnologia magnônica, o mecanismo funciona tanto no regime eletrônico clássico, como também pode ser prontamente aplicado para manipular estados magnônicos no regime quântico. Isso abre oportunidades para processamento de sinais em computação quântica, comunicações e detecção.

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