Cientistas inventam computação super-rápida sem energia

Por , em 18.05.2019

Pesquisadores da Universidade Radboud (Holanda), Universidade de Lancaster (Inglaterra), Universidade de Ratisbona (Alemanha) e Academia Russa de Ciências inventaram um tipo de processamento de dados super-rápido usando apenas pulsos de luz, em vez de eletricidade.

A criação utiliza ímãs para registrar dados de computador que consomem praticamente zero energia, resolvendo o dilema de como escalar velocidades de processamento sem os altos custos de energia associados.

O problema

Os atuais servidores dos centros de dados representam entre 2 e 5% do consumo global de eletricidade, produzindo calor que, por sua vez, requer mais energia para resfriá-los.

O problema é tão grave que a Microsoft submergiu centenas de seus servidores no oceano, em um esforço para mantê-los refrigerados e cortar custos.

A maioria dos dados é codificada como informação binária (0 ou 1, respectivamente) através da orientação de minúsculos ímãs, chamados spins, em discos rígidos magnéticos. A gravação magnética é usada para definir ou recuperar informações usando correntes elétricas que dissipam grandes quantidades de energia.

Agora, a equipe internacional resolveu o problema substituindo a corrente elétrica por pulsos de luz extremamente curtos – com duração de um trilionésimo de segundo – concentrados por antenas especiais no alto de um ímã.

A solução

O novo método é super-rápido, mas tão eficiente energeticamente que a temperatura do ímã não aumenta de maneira alguma.

A equipe fez uma demonstração pulsando um ímã com rajadas de luz ultracurtas em frequências no infravermelho distante, a chamada faixa espectral de terahertz.

Até então, as fontes mais intensas existentes de luz terahertz não tinham sido capazes de fornecer pulsos fortes o suficiente para mudar a orientação de um ímã. O avanço foi alcançado utilizando um mecanismo eficiente de interação entre os spins e o campo elétrico de terahertz, descoberto pela mesma equipe.

Os cientistas então fabricaram uma antena muito pequena no topo do ímã para concentrar e, assim, aumentar o campo elétrico da luz. Esse campo elétrico local mais forte foi suficiente para navegar a magnetização do ímã até sua nova orientação em apenas um trilionésimo de segundo.

Escalando

A temperatura do ímã não aumentou durante o processo, já que ele requer energia de apenas um quantum da luz terahertz – ou um fóton – por spin.

“A baixa perda de energia registrada torna esta abordagem escalável. Futuros dispositivos de armazenamento também explorariam a excelente definição espacial de estruturas de antenas, permitindo memórias magnéticas práticas com velocidade e eficiência de energia simultaneamente máximas”, esclarece um dos autores do estudo, Dr. Rostislav Mikhaylovskiy, da Universidade de Lancaster.

Mikhaylovskiy planeja realizar mais pesquisas usando o novo laser ultrarrápido da Universidade de Lancaster, juntamente com aceleradores do Instituto Cockroft, que são capazes de gerar intensos pulsos de luz para permitir a troca de ímãs e determinar os limites práticos e fundamentais de velocidade e energia da gravação magnética.

Um artigo sobre a descoberta foi publicado na revista científica Nature. [Phys]

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