Eletrônica

Criada memória RAM de luz com 105 bits

Computadores de luz: criada memória RAM óptica com 105 bits
O pente de memória RAM de luz mede cerca de 1 milímetro - esquema (em cima) e microfotografia do chip de memória (embaixo). [Imagem: NTT]

Memória RAM de luz

Pesquisadores da empresa japonesa NTT construíram uma memória RAM de mais de 100 bits que funciona totalmente com luz.

O dispositivo, quando totalmente desenvolvido, permitirá o processamento de dados ultrarrápido usando unicamente sinais ópticos, em lugar dos sinais elétricos usados hoje - além de reduzir drasticamente o consumo de energia dos computadores, celulares e outros aparelhos eletrônicos.

O protótipo é uma demonstração clara da possibilidade de construção de memórias ópticas realistas para processamento à base de luz dentro de computadores fotônicos.

O grande feito da equipe foi desenvolver uma técnica de miniaturização que permitiu inserir todos os bits ópticos dentro de um único microchip.

É a primeira vez que se consegue essa integração em larga escala de componentes ópticos, com cada bit deixando a casa dos micrômetros e chegando aos nanômetros.

A expectativa é que, em um futuro próximo, seja possível integrar um número muito grande de componentes ópticos em um único chip, de um modo semelhante à integração dos transistores em um chip.

Computadores de luz: criada memória RAM óptica com 105 bits
Os 105 bits ópticos têm um espaçamento médio de apenas 0,23 nanômetro. [Imagem: NTT]

Funcionamento da memória de luz

A memória RAM óptica possui 105 linhas de ressonância geradas através da injeção de luz dentro do dispositivo por meio de um único guia de ondas.

A operação de memória de acesso aleatório é conseguida injetando outros pulsos de luz cujo comprimento de onda corresponda a uma das linhas de ressonância. Com isso, a saída inicial, considerada um "0", altera-se para representar um "1".

Os 105 bits ópticos, operando com comprimentos de onda entre 1.540 e 1.570 nanômetros, têm um "espaçamento" médio de apenas 0,3 nanômetro.

Eles foram fabricados em uma pastilha de silício com 1 milímetro de comprimento.

Computadores de luz: criada memória RAM óptica com 105 bits
Esquema e distribuição de luz dentro de uma nanocavidade óptica. [Imagem: NTT]

Tecnologia da memória RAM óptica

A memória de acesso aleatória óptica foi construída com base em duas tecnologias: os cristais fotônicos e as nanocavidades ópticas.

Um cristal fotônico é uma estrutura fabricada com a mesma tecnologia dos chips, cujo índice de refração é ajustado em uma escala de comprimento comparável ao comprimento de onda da luz.

Os cristais fotônicos comportam-se como "isolantes ópticos", algo que não existe na natureza, o que permite aprisionar a luz em espaços muito pequenos.

Uma cavidade óptica, por sua vez, é um elemento que aprisiona a luz de uma determinada ressonância. Como é difícil confinar a luz em espaços muito pequenos, miniaturizar essas cavidades tem sido um desafio.

Historicamente, cavidades pequenas, com dimensões de 10 a 100 vezes o comprimento de onda da luz, têm sido chamadas de microcavidades. Cavidades ópticas ainda menores, como as usadas nesta demonstração, com dimensões comparáveis ao comprimento de onda da luz e com um volume menor do que 1 micrômetro cúbico, são chamadas de nanocavidades - ainda que elas não sejam realmente "nano".

O próximo objetivo do grupo é aumentar o tempo de latência da memória RAM de luz, que ficou por volta dos 10 nanossegundos nesta primeira demonstração.

Bibliografia:

Large-scale integration of wavelength-addressable all-optical memories on a photonic crystal chip
Eiichi Kuramochi, Kengo Nozaki, Akihiko Shinya, Koji Takeda, Tomonari Sato, Shinji Matsuo, Hideaki Taniyama, Hisashi Sumikura, Masaya Notomi
Nature Photonics
Vol.: 8, 474-481
DOI: 10.1038/nphoton.2014.93




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