O transistor é a tecnologia básica por trás de praticamente tudo na computação moderna. Em circuitos digitais, um transistor funciona como um minúsculo interruptor controlado por tensão: ele pode estar ligado, permitindo a passagem de corrente, ou desligado, bloqueando-a. Esses dois estados elétricos são a base para representar dados binários — 1s e 0s — e para construir as portas lógicas que fazem os processadores funcionarem. CPUs e GPUs modernas são repletas de transistores; o chip M4 básico do laptop em que estou escrevendo este texto contém cerca de 28 bilhões deles.
Mas será que o reinado do transistor está chegando ao fim? O humilde interruptor nos serviu extremamente bem, mas impõe um limite à nossa capacidade de processar dados. Se quisermos processar mais dados, precisamos de mais transistores. E se quisermos processar dados mais rapidamente, precisamos de transistores que alternem entre ligado e desligado mais rapidamente. E se quisermos ambos, precisamos compactar cada vez mais transistores — e ao mesmo tempo torná-los menores e mais rápidos — em nossos wafers de silício.
Passamos décadas miniaturizando e acelerando nossos transistores, mas eventualmente esse processo começa a esbarrar em limites fundamentais impostos pelas leis da física. Um deles é a geração de calor: a comutação da corrente gera calor e, quanto mais rápido seus transistores comutam, mais calor você acaba gerando.
Descobrir como contornar essas limitações de maneira eficiente e prática é o Santo Graal da pesquisa em computação, e um novo artigo publicado na revista Science neste mês descreve uma ideia promissora. O artigo descreve como uma equipe da Universidade de Tóquio adotou uma abordagem radical para o problema: eles dispensaram completamente os transistores. Em vez disso, seu "elemento de comutação quântica não volátil" usa o spin de um elétron individual para representar o estado de um determinado bit.
(Um breve parêntese: o spin é uma propriedade da mecânica quântica análoga à forma como uma bola macroscópica pode girar em torno de um eixo específico — ela pode girar em uma de duas direções. Os elétrons, porém, não giram de fato, pois se girassem, sua superfície estaria se movendo mais rápido que a velocidade da luz. Tentar compreender o spin quântico é difícil, mas, para os propósitos deste texto, o importante é que um elétron pode ter um de dois estados de spin, e esses estados podem ser usados para codificar um 1 ou um 0.)
Descobriu-se que inverter os estados de spin dos elétrons é mais rápido e mais eficiente em termos de energia do que ligar e desligar transistores. De acordo com o artigo , processar um único bit de informação com o elemento de comutação quântica leva 40 picossegundos. (Um picossegundo é um trilionésimo de segundo, ou 1 x 10⁻¹² segundos .) Este é um tempo incrivelmente curto; para comparação, mesmo os computadores mais rápidos da atualidade precisam de algo na ordem de um nanossegundo, que é 1 x 10⁻⁹ segundos , para fazer a mesma coisa — portanto, estamos falando de uma melhoria de várias ordens de magnitude.
Existem outros aspectos interessantes dessa tecnologia. Os elétrons permanecem em seus estados de spin atribuídos até que algo os altere novamente, o que significa que as informações armazenadas dessa forma são não voláteis: os dados permanecem armazenados mesmo sem energia. Além disso, a tecnologia parece ser extremamente durável: o artigo descreve como o elemento de comutação permaneceu estável após 100 bilhões de transições, o que é várias ordens de magnitude melhor do que as tecnologias atuais, em que o calor causa degradação progressiva e eventual falha.
É claro que as ressalvas usuais sobre isso ser essencialmente uma prova de conceito se aplicam, e não há garantia de que alguém conseguirá fabricar chips usando essa tecnologia de forma economicamente viável. Mas isso aponta para uma maneira pela qual talvez possamos superar as limitações da nossa tecnologia computacional atual.
Fonte: gizmodo
