Avanço em microchips pode nos ajudar a construir um novo tipo de computador

Na segunda-feira (18), uma equipe de cientistas na Austrália anunciou um avanço animador: pela primeira vez, pesquisadores conseguiram transformar luz em som em um microchip. Mas, por mais malucas que novas aplicações de física tendem a ser, provavelmente vai demorar muito tempo até que você veja um desses chips em um computador à venda. Porém, mais importante de tudo, o que diabos “transformar luz em som” significa?

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Para entender a importância dessa conquista, você precisa saber que existe um monte de pesquisadores dedicando suas vidas a uma tarefa (que potencialmente soa boba): fazer com que partículas de luz façam o que elétrons fazem em computadores. Se os computadores rodassem em partículas de luz, chamadas de fótons, eles poderiam operar com menos energia e produzir menos calor do que os dispositivos convencionais, enquanto, ao mesmo tempo, se aproveitariam de cabos de fibra óptica já em uso. Mas os fótons são muito, muito rápidos. E fazer de fato algo com eles exige desacelerá-los.

Por sorte, a luz e o som são bastante parecidos, então eles são traduzidos de maneira bem fácil de um para o outro — é assim que os rádios funcionam, afinal. Ambos se movem como ondas, o primeiro como radiação que consegue viajar através de um vácuo, o segundo como ondas vibracionais se movendo através de partículas se esbarrando umas com as outras. Ambos têm amplitudes (indicando o quão forte são) e comprimentos de onda (indicando a distância entre os picos). Cientistas chamam a menor unidade de luz de fótons, enquanto a menor unidade de vibração, ou som, é chamada de fônon.

O chip de conversão de luz para som dos pesquisadores, o primeiro do tipo, depende de algo chamado “dispersão estimulada de Brillouin”. Nesse caso, duas ondas de luz, uma contendo os dados e a outra simplesmente presente para ajudar a criar a onda de som, passam através de uma espécie de fio especial que guia pulso de luz como um cabo de fibra óptica especial. Quando as ondas colidem, a informação no campo elétrico da onda de luz contendo dados agitam o material, criando uma pequena onda de som com propriedades correspondentes. Os pesquisadores conseguem reverter esse processo ao enviar a onda de som em outra onda de luz auxiliar, recriando o pulso de onda de luz original.

Os pesquisadores criaram seu sistema de armazenamento de conversão de luz para som em um chip minúsculo do tamanho de uma moeda, onde o fio fazendo a conversão tinha apenas um micrômetro de largura, mas com cerca de dez centímetros de comprimento, enrolado. Eles alegam que as ondas de som em seu chip viajam cinco ordens de magnitude mais lentas do que a luz viajaria, mas o sinal ainda durava cerca de 3,5 nanossegundos em seu chip e não estava perfeitamente eficiente, de acordo com o artigo publicado na Nature Communications. Isso significa que o sinal apenas desacelerou um pouco e que parte dele foi perdida. De acordo com um cálculo de verso de envelope, esse atraso é cerca de dez vezes mais lento do que a luz viajando sem obstáculos.

Mas por que atrasar um sinal? Principalmente, por razões técnicas que facilitariam a operação de um potencial computador fotônico. “Você precisa atrasar um sinal quando sincroniza redes”, disse ao Gizmodo Albert Schliesser, professor do Instituto Niels Bohr, na Dinamarca. “Se você precisa de várias entradas ao mesmo tempo, você talvez precise segurar um sinal por um momento até que o outro chegue para que você possa processá-los juntos e tomar uma decisão baseada em ambas essas entradas.”

Pelo menos um pesquisador com quem conversei achou o chip bastante importante. “É crucial para a transferência de informações”, afirmou Lin Tian, da Universidade da Califórnia, em entrevista ao Gizmodo. Ela comentou que outros já converteram ondas de luz em som anteriormente, mas que fazê-lo em um microchip poderia aproximar muito a tecnologia de ser usada em aplicações industriais (embora não seja ainda por muito tempo — ela não soube dizer de quantos anos de distância estamos falando e disse que isso dependeria bastante do interesse no estudo).

Porém, novamente, esses chips teriam propósitos bastante técnicos, mas seriam necessários para construir um computador à base de luz. Esses computadores poderiam potencialmente ser mais rápidos, eficientes e baratos do que o computador em que você está lendo esse artigo. Schliesser explicou que, atualmente, desacelerar a luz exigiria grandes bobinas de cabos de fibra óptica. Mas esse chip e seu sistema de conversão de luz em som poderiam fazer isso com uma fração do material, diminuindo, portanto, os custos. Tian também explicou que o chip pode ser capaz de transformar o fóton de luz visível em um fônon e, então, em um tipo diferente de partícula de luz, como uma micro-onda (o que poderia ter aplicações úteis).

Por fim, a pesquisa é legal e um passo importante para o campo. Mas, como geralmente é o caso com qualquer coisa que pareça empolgante e difícil de entender, não estamos nem um pouco perto de criar algo que você verá em breve no seu iPhone.

[Nature Communications]

Imagem do topo: Bill Burress/Flickr