Componente lógico de luz alcança 240 GHz em temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2025

Microrressonador orgânico funciona como um elemento lógico, com o sinal de saída baseado na sincronização dos pulsos de entrada e no esgotamento do estado anterior.
[Imagem: Mikhail Misko et al. - 10.1103/PhysRevB.111.L161403]

Transístor de polaritons

Uma série de inovações têm-nos colocado cada vez mais perto da computação com luz.

Uma dessas inovações foi uma porta lógica universal do tipo NOR (de NOT, um operador de negação, e OR, um operador de disjunção), totalmente óptica, desenvolvida no ano passado por uma equipe da Alemanha e da Rússia.

Agora a mesma equipe descobriu que sua porta lógica óptica é muito melhor do que eles próprios previam: O dispositivo funciona a uma velocidade de 240 GHz em temperatura ambiente.

A porta funciona com base em condensados de quasipartículas chamadas polaritons, que são partículas híbridas formadas pelo acoplamento de luz e matéria, geralmente descritas como um "fluido quântico de luz", que pode ser controlado através do seu componente de matéria - o nome técnico dessa luz líquida é condensado de polaritons.

Além de operar à temperatura ambiente, a porta lógica possui múltiplas entradas, pode funcionar centenas de vezes mais rápido do que seus análogos eletrônicos e também é totalmente óptica, ou seja, funciona sem corrente elétrica.

Assim como as portas lógicas eletrônicas são conectadas para fazer os processadores tradicionais, esses componentes ópticos podem ser conectados em um circuito, rumo a uma computação totalmente com luz, muito mais rápida e consumindo muito menos energia.

O componente de luz opera em temperatura ambiente, tem múltiplas entradas e funciona centenas de vezes mais rápido do que os equivalentes eletrônicos.
[Imagem: Denis A. Sannikov et al. - 10.1038/s41467-024-49690-3]

Porta lógica universal de luz

A velocidade dos transistores de polariton é determinada pela rapidez com que estados lógicos consecutivos podem ser executados. Esse processo requer uma redução suficiente na população de polaritons que marca o estado "1", para garantir uma distinção clara entre os estados lógicos "1" e "0".

À medida que a frequência operacional aumenta, os polaritons residuais do primeiro pulso podem amplificar involuntariamente o segundo pulso, criando assim uma amplificação máxima em algum atraso de tempo diferente de zero entre as sequências de pulsos.

"Nosso novo estudo revelou que nossa porta lógica pode operar a 240 GHz. Também descrevemos o efeito da extinção bimolecular, que é importante considerar nos cálculos, já que ela limita a frequência máxima de clock de um dispositivo de polariton - a deslocalização de polaritons leva a perdas adicionais," explicou Mikhail Misko, do Instituto de Ciência e Tecnologia Skolkovo.

A equipe também definiu parâmetros operacionais adicionais para a operação prática do componente: Para um desempenho ideal, a duração dos pulsos de bombeamento deve ser menor do que os tempos característicos dos processos relevantes para gerenciar efetivamente a dinâmica dos polaritons e melhorar a funcionalidade dos circuitos lógicos ópticos.

Esse é outro passo importante rumo à computação óptica, ou computação fotônica - computadores ópticos poderão trabalhar centenas de vezes mais rápido do que os computadores eletrônicos, e não vão esquentar quase nada, consumindo muito menos energia.

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