E se pulsos ultrarrápidos de luz pudessem operar computadores a velocidades um milhão de vezes maiores que os melhores processadores atuais? Uma equipe de cientistas, incluindo pesquisadores da Universidade do Arizona, está trabalhando para tornar isso possível.
Em um esforço internacional inovador, pesquisadores do Departamento de Física da Faculdade de Ciências e da Faculdade de Ciências Ópticas James C. Wyant demonstraram uma maneira de manipular elétrons no grafeno usando pulsos de luz com duração inferior a um trilionésimo de segundo. Aproveitando um efeito quântico conhecido como tunelamento, eles registraram elétrons contornando uma barreira física quase instantaneamente, um feito que redefine os limites potenciais do poder de processamento dos computadores.
Um estudo publicado na Nature Communications destaca como a técnica pode levar a velocidades de processamento na faixa de petahertz — mais de 1.000 vezes mais rápidas que os chips de computador modernos.
Enviar dados nessas velocidades revolucionaria a computação como a conhecemos, disse Mohammed Hassan, professor associado de física e ciências ópticas . Hassan há muito tempo se dedica à tecnologia de computadores baseados em luz e, anteriormente, liderou esforços para desenvolver o microscópio eletrônico mais rápido do mundo.
"Tivemos um enorme salto no desenvolvimento de tecnologias como software de inteligência artificial, mas a velocidade de desenvolvimento de hardware não é tão rápida", disse Hassan. "Mas, apoiando-nos na descoberta dos computadores quânticos, podemos desenvolver hardware que corresponda à atual revolução em software de tecnologia da informação. Computadores ultrarrápidos auxiliarão significativamente nas descobertas em pesquisa espacial, química, saúde e muito mais."
Hassan trabalhou com colegas da Universidade de Alberta, Nikolay Golubev, professor assistente de física; Mohamed Sennary, aluno de pós-graduação em óptica e física; Jalil Shah, pós-doutorado em física; e Mingrui Yuan, aluno de pós-graduação em óptica. A eles se juntaram colegas do Laboratório de Propulsão a Jato do Instituto de Tecnologia da Califórnia e da Universidade Ludwig Maximilian de Munique, na Alemanha.
A equipe estava estudando originalmente a condutividade elétrica de amostras modificadas de grafeno, um material composto por uma única camada de átomos de carbono. Quando um laser incide sobre o grafeno, a energia do laser excita os elétrons no material, fazendo-os se mover e formar uma corrente.
Às vezes, essas correntes elétricas se anulam. Hassan explicou que isso acontece porque a onda de energia do laser se move para cima e para baixo, gerando correntes iguais e opostas em ambos os lados do grafeno. Devido à estrutura atômica simétrica do grafeno, essas correntes se espelham e se anulam, não deixando corrente detectável.
Mas e se um único elétron pudesse atravessar o grafeno e sua trajetória pudesse ser capturada e rastreada em tempo real? Esse "tunelamento" quase instantâneo foi o resultado inesperado da equipe modificando diferentes amostras de grafeno.
"É isso que eu mais amo na ciência: a verdadeira descoberta vem das coisas que você não espera que aconteçam", disse Hassan. "Ao entrar no laboratório, você sempre antecipa o que vai acontecer – mas a verdadeira beleza da ciência são as pequenas coisas que acontecem, que te levam a investigar mais. Quando percebemos que havíamos alcançado esse efeito de tunelamento, precisávamos descobrir mais."
Usando um fototransistor de grafeno disponível comercialmente que foi modificado para introduzir uma camada especial de silício, os pesquisadores usaram um laser que liga e desliga a uma taxa de 638 attossegundos para criar o que Hassan chamou de "o transistor quântico de petahertz mais rápido do mundo".
Um transistor é um dispositivo que atua como um interruptor ou amplificador eletrônico que controla o fluxo de eletricidade entre dois pontos e é fundamental para o desenvolvimento da eletrônica moderna.
"Para referência, um único attosegundo é um quintilionésimo de segundo", disse Hassan. "Isso significa que essa conquista representa um grande avanço no desenvolvimento de tecnologias computacionais ultrarrápidas, ao criar um transistor com velocidade de petahertz."
Embora alguns avanços científicos ocorram sob condições rigorosas, incluindo temperatura e pressão, este novo transistor funcionou em condições ambientais, abrindo caminho para a comercialização e uso em eletrônicos do dia a dia.
Hassan está trabalhando com a Tech Launch Arizona , o escritório que trabalha com pesquisadores para comercializar invenções derivadas de pesquisas da Universidade do Arizona, a fim de patentear e comercializar inovações. Embora a invenção original tenha utilizado um laser especializado, os pesquisadores estão aprofundando o desenvolvimento de um transistor compatível com equipamentos disponíveis comercialmente.
"Espero que possamos colaborar com parceiros da indústria para concretizar este transistor de velocidade petahertz em um microchip", disse Hassan. "A Universidade do Arizona já é conhecida pelo microscópio eletrônico mais rápido do mundo, e gostaríamos de ser conhecidos também pelo primeiro transistor de velocidade petahertz."
Fonte: Universidade do Arizona
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