Transístor fotônico promete computação à velocidade da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/03/2022

Devido à sua estrutura, o transístor de luz poderá ser fabricado usando as técnicas atuais da microeletrônica.
[Imagem: S. Lannebère et al. - 10.1103/PhysRevLett.128.013902]

Computação com luz

Com a aproximação dos limites da miniaturização da eletrônica, uma das áreas mais promissoras para a computação do futuro está na fotônica, em que a luz é usada para fazer os cálculos, em vez da eletricidade usada hoje.

Assim como acontece na computação quântica, ainda não está claro qual será o roteiro tecnológico da fotônica, mas alguns pesquisadores acreditam que ela poderá replicar os mesmos circuitos da eletrônica.

Para isso, é necessário criar uma versão de luz do transístor, o componente responsável por guardar e processar os 0s e 1s dos computadores atuais.

É justamente nisso que estão trabalhando Sylvain Lannebère e sua equipe da Universidade de Coimbra, em Portugal.

Transístor de metamaterial

Lannebère projetou um transístor fotônico usando não os tradicionais materiais semicondutores, como o silício ou o germânio, mas um metamaterial, um material artificial capaz de manipular ondas de maneiras que nenhum material natural consegue.

A equipe demonstrou como construir um metamaterial 3D, de resposta não-linear, que apresenta o mesmo comportamento de um transístor: Assim como um campo elétrico aplicado a um dos terminais do transístor controla a corrente elétrica que flui entre os dois outros eletrodos, o metamaterial deixa ou não a luz passar mediante a presença ou não de um campo elétrico estático.

Além da computação com fótons, componentes construídos com esse metamaterial poderão ser usados para a transmissão ultrarrápida de informações - à velocidade da luz.

Estrutura do transístor de metamaterial.
[Imagem: S. Lannebère/University of Coimbra]

Transístor de luz

Lannebère idealizou um transístor fotônico formado por uma camada do metamaterial inserida entre dois polarizadores lineares ortogonais. Esse componente pode funcionar como um diodo, transmitindo sinais eletromagnéticos (neste caso, as ondas de luz) em apenas uma direção.

Isto é possível porque o metamaterial tem uma permissividade - a capacidade de se polarizar em resposta a um campo elétrico - que muda em resposta a um campo elétrico estático. A resposta não-linear é tal que um campo elétrico aplicado ao longo de um eixo altera a permissividade do material ao longo do outro eixo.

Quando esse campo elétrico está ligado, a interação entre o metamaterial e uma onda de luz incidente pode aumentar ou diminuir a amplitude dessa onda, dependendo apenas da polarização da onda de luz. Essa mudança de amplitude significa que o metamaterial pode amplificar ou atenuar um sinal de luz recebido, exatamente como faz um transístor semicondutor com a eletricidade.

Lannebère e seus colegas estão agora investigando plataformas para construir fisicamente seu transístor de luz. Para isso, eles estão trabalhando com a mesma tecnologia usada na microeletrônica, uma abordagem importante para que a nova plataforma de computação, à base de luz, nasça compatível com a atual, à base de eletricidade.

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