Transístor guarda 4 bits e faz ponte com computação quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/06/2019

Este transístor multibits pode resolver o problema da miniaturização da eletrônica tradicional, viabilizar a computação neuromórfica e estabelecer uma ponte com a computação quântica.
[Imagem: Lynn Lee et al. - 10.1038/s41467-019-09998-x]

Transístor que guarda 4 bits

Engenheiros da Universidade do Texas, nos EUA, criaram um transístor multivalorado, ou seja, um transístor capaz de guardar mais valores do que os tradicionais 0 e 1.

Com a dificuldade de miniaturizar ainda mais os transistores - os mais modernos, de 10 nanômetros, têm apenas 30 átomos de largura - a indústria tem demonstrado cada vez mais interesse na chamada lógica multivalorada, ou lógica multibits, em que cada componente pode guardar vários valores.

Outra vantagem de expandir a linguagem binária é que, com cada transístor codificando mais informações, abre-se o caminho para materialização da computação neuromórfica, que funciona imitando o cérebro humano. Os esforços nesse sentido têm-se concentrado até agora em outra família de componentes eletrônicos emergentes, os memoristores.

Mas Lynn Lee e seus colegas conseguiram fabricar o tradicional componente eletrônico adequado para implementar a lógica plurivalente, um feito que vinha sendo perseguido há décadas por várias equipes de universidades e empresas.

"O conceito de transistores lógicos de múltiplos valores não é novo, e tem havido muitas tentativas de fabricar esses componentes. Nós conseguimos," comemorou o professor Kyeongjae Cho, coordenador da equipe.

Transístor multivalorado

O transístor multivalorado, ou plurivalente, tem como componentes principais duas formas de óxido de zinco, combinadas para formar uma nanocamada composta, que é então incorporada juntamente com camadas de outros materiais para compor uma superrede. Uma superrede é uma estrutura formada por diferentes elementos, em contraposição à rede atômica de um cristal, formada por um único elemento - um diamante de ouro é um exemplo de superrede.

Enquanto os transistores convencionais funcionam com um interruptor - um transístor está ligado ou desligado, o que se traduz em 0s e 1s da linguagem binária -, o transístor multivalorado consegue guardar dois outros sinais intermediários.

Isto é possível porque o óxido de zinco é um material de mudança de fase, o que significa que ele pode assumir pelo menos duas estruturas atômicas: cristalina ou amorfa. Considerando essas duas estruturas nas duas formas de óxido de zinco usadas, mais o ligado/desligado, torna-se possível guardar até quatro bits.

Mas a equipe não considera que o trabalho esteja terminado: "O óxido de zinco é um material bem conhecido que tende a formar sólidos cristalinos e sólidos amorfos, por isso foi uma escolha óbvia para começar, mas pode não ser o melhor material. Nosso próximo passo será analisar o quanto esse comportamento é universal entre outros materiais, enquanto tentamos otimizar a tecnologia," disse Cho.

Múltiplos bits são guardados graças ao comportamento de mudança de fase do semicondutor utilizado, o óxido de zinco.
[Imagem: Lynn Lee et al. - 10.1038/s41467-019-09998-x]

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Ponte entre computadores eletrônicos e computadores quânticos

O esforço vale muito a pena porque, além de solucionar o desafio da miniaturização dos transistores e ser compatível com a tecnologia atual, a lógica multivalorada estabelece uma ponte entre os computadores eletrônicos atuais e os futuros computadores quânticos, nos quais os qubits podem guardar valores contínuos.

"O transístor é uma tecnologia muito madura e os computadores quânticos estão longe de serem comercializados. Há uma lacuna enorme," comentou o pesquisador. "Então, como vamos nos mover de um para o outro? Precisamos de algum tipo de caminho evolutivo, uma tecnologia de ponte entre graus binários e graus infinitos de liberdade. Nosso trabalho ainda é baseado na tecnologia atual de componentes eletrônicos, então é não tão revolucionária quanto a computação quântica, mas está evoluindo nessa direção."

Cho acrescenta que, depois de encontrar um material mais eficiente do que o óxido de zinco, o próximo passo natural será interligar os transistores multivalorados com um processador quântico.

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