Diodo óptico abre caminho para processadores fotônicos: computadores 1.000x mais rápidos?

Processadores fotônicos

As fibras ópticas já substituíram os cabos de cobre na transmissão digital de dados por longas distâncias há muito tempo.

Dentro dos chips, contudo, os bits continuam sendo transportados por elétrons correndo pelos velhos fios metálicos – com todo o aquecimento que isso gera, o que tem impedido o avanço na frequência de funcionamento dos processadores.

”]A solução está nos chips fotônicos, nos quais os dados são transportados não por elétrons, mas por fótons – praticamente sem dissipação de calor e com uma velocidade muito maior.

Para isso, contudo, é necessário fazer com que a luz viaje em um único sentido, sem qualquer reflexão para trás, o que acaba interferindo com sua operação – o feixe de luz refletido interfere com os lasers e outros componentes fotônicos e torna o processador instável.

Diodo óptico

Nos chips eletrônicos, existe um componente chamado diodo, que permite que a energia flua apenas em um sentido, nunca retornando.

Agora, finalmente, os cientistas conseguiram construir uma espécie de “diodo óptico” – seu nome é na verdade isolador óptico – , um componente que impede os refluxos da luz, “quebrando” uma lei da física observada na natureza chamada
reciprocidade e simetria de tempo reverso.

A luz, por exemplo, propaga-se igualmente bem para frente e para trás, refletindo-se enquanto viaja.

“Se você pode me ver, então eu posso ver você,” compara o Dr. Liang Feng, do Instituto de Tecnologia da Califórnia. “O que precisávamos fazer era algo que permitisse que eu o veja, mas você não possa me ver.”

A fim de isolar a luz, suas propriedades precisam mudar quando ela estiver viajando na direção “indesejada”. Um isolador óptico pode então bloquear a luz que tem essas propriedades alteradas. O resultado será o equivalente óptico do
diodo eletrônico.

Isolador óptico

A equipe do Dr. Feng desenvolveu um guia de ondas híbrido, usando metais e silício, que canaliza a luz para que ela viaje em padrões diferentes dependendo do sentido de sua propagação.

O padrão é simétrico quando a luz está indo, e assimétrico quando a luz é refletida de volta pelo mesmo caminho. Como diferentes modos da luz não interferem uns com os outros, os dois feixes se cruzam, passando incólumes um pelo outro.

O que o isolador óptico faz é dissipar essa luz que tenta voltar pelo mesmo caminho.

Ou seja, na prática, o novo componente impede que a luz reflita e retorne, interferindo com outros componentes.

Rumo aos processadores fotônicos

Os cientistas vinham tentando fazer isso há 20 anos. E não sem razão: os protótipos de chips fotônicos já construídos suportam taxas de transferência de dados de 10 gigabits por segundo.

Circuitos de demonstração mais simples já atingiram 1 terabit por segundo.

Embora o trabalho tenha produzido apenas um protótipo rudimentar, uma prova de princípios, os pesquisadores já estão trabalhando na construção de um isolador óptico que possa ser integrado em um chip de silício.