Lasers poderão deixar os computadores um milhão de vezes mais rápidos

Por , em 21.05.2018

Um bilhão de operações por segundo é bom, mas legal mesmo é um trilhão de operações por segundo. Essa é a promessa de uma nova técnica que usa pulsos de luz laser como unidades fundamentais da computação, chamadas de bits.

Essa técnica pode alternar entre os estados “1” e “0” um quadrilhão de vezes por segundo, o que é cerca de um milhão de vezes mais rápido que os bits nos computadores atuais.

O estudo foi liderado pelo professor de física Rupert Huber, da Universidade de Regensburg, na Alemanha, e teve colaboração de pesquisadores da Universidade de Marburg (Alemanha) e da Universidade de Michigan (EUA) também.

Laser e computadores mais rápidos

Computadores convencionais funcionam em termos de 1s e 0s. Tudo o que fazem, desde resolver problemas de matemática até representar o mundo de um videogame, equivale a uma coleção muito elaborada de operações de 1 ou 0.

Um computador típico em 2018 pode usar bits de silício para realizar mais ou menos um bilhão dessas operações por segundo.

No novo estudo, no entanto, pesquisadores pulsaram luz laser infravermelha em chips de tungstênio e selênio, permitindo que eles alternassem entre “1” e “0” como um processador normal de computador, só que um milhão de vezes mais rápido.

Como funciona

A chave para isso está na forma como os elétrons se comportam nessa estrutura de tungstênio e selênio. Na maioria das moléculas, os elétrons em órbita ao redor delas podem pular para vários estados quânticos diferentes, chamados de “pseudospins”, quando são estimulados. Quando não são estimulados, os elétrons ficam próximos da molécula, girando em círculos preguiçosos.

Se estimulamos esses elétrons com, por exemplo, um lampejo de luz, eles terão que queimar energia saltando mais longe da molécula.

A estrutura de selênio-tungstênio tem apenas duas “trilhas” em torno das quais os elétrons estimulados podem percorrer. Com certa orientação de luz infravermelha, o elétron saltará na primeira trilha. Com uma orientação diferente, saltará para a outra pista.

Um computador poderia, em teoria, tratar essas trilhas como 1s e 0s. Quando há um elétron na pista 1, é 1. Quando está na pista 0, é 0. Crucialmente, essas pistas são mais ou menos próximas, e os elétrons não precisam correr nelas por muito tempo antes de perder energia – apenas alguns femtossegundos até retornar ao seu estado não estimulado, orbitando mais próximo do núcleo da molécula. Um femtosegundo é mil milhões de milionésimos de segundo, nem tempo suficiente para que um feixe de luz atravesse um único glóbulo vermelho.

Estrutura de selênio-tungstênio

Se os elétrons não ficam nas trilhas da estrutura por muito tempo, pulsos de luz adicionais podem empurrá-los de um lado para o outro entre as duas pistas antes que eles tenham a chance de voltar para um estado não estimulado.

Esses “empurrões” de um lado para o outro – 1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1 – é o que faz o grosso da computação e, nesse tipo de material, podem acontecer muito mais rápido do que nos chips contemporâneos.

Os pesquisadores também levantaram a possibilidade de que sua estrutura de selênio-tungstênio possa ser usada para computação quântica à temperatura ambiente. Isso seria um sonho, já que a maioria dos computadores quânticos existentes hoje exige que os pesquisadores esfriem seus bits quânticos até quase o zero absoluto.

Segundo os cientistas, é teoricamente possível estimular os elétrons nesta estrutura para “superposições” das trilhas 1 e 0 – ou estados ambíguos nos quais os elétrons parecem estar em ambas as trilhas ao mesmo tempo -, necessárias para cálculos de computação quântica.

Próximos passos

Os pesquisadores não realizaram nenhuma operação quântica, então a ideia de um computador quântico a temperatura ambiente ainda é inteiramente hipotética.

Além disso, as operações clássicas que a equipe do estudo realizou foram apenas uma demonstração de conceito, o que significa que a estrutura ainda não foi usada para calcular nada. Os cientistas ainda precisam mostrar que o chip pode ser usado em um computador prático, de fato.

Ainda assim, o experimento poderia abrir as portas para uma computação convencional ultrarrápida – e talvez até para uma computação quântica mais eficiente – em cenários anteriormente impossíveis.

Um artigo foi publicado na revista científica Nature. [LiveScience]

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