Cientistas da Skoltech e da IBM apresentaram um novo transistor óptico 1000 vezes mais rápido que o normal

A transição para transistores ópticos, que usam luz e até fótons únicos para a comutação, promete aumentar a velocidade dos processadores mil vezes sem aumentar o consumo de energia. Os cientistas hoje procuram as condições ideais para o funcionamento desses transistores. Cientistas da Skoltech e da IBM já foram longe o suficiente nesse caminho, que propuseram a física e a tecnologia de comutação de estados de interruptores ópticos.

Fonte da imagem: Skoltech

Por si próprios, os fótons interagem de forma insignificante e fraca uns com os outros e com a matéria. Para que os fótons mudem os estados do transistor, é necessário criar um ambiente para eles no qual a interação com os fótons seja forte. Pesquisadores da Skoltech e da IBM perseguem esse objetivo há anos e alcançaram resultados significativos. Os resultados intermediários pareciam modestos, mas hoje eles ajudaram a moldar a ideia de como o transistor óptico do futuro poderia ser.

A nova estrutura do transistor óptico é construída em torno de um ressonador óptico de polímero fixado em ambos os lados por um material inorgânico com altas propriedades reflexivas. A estrutura é controlada por dois feixes de laser – controle e bomba. O feixe piloto pode lidar com um pequeno número de fótons, até um, o que cria a base para a eficiência energética final (o que poderia ser mais econômico do que um único fóton?). A tarefa do feixe de controle é preparar as condições no ressonador antes de iniciar o feixe da bomba, que, por sua vez, irá transferir o transistor para o estado 0 ou 1.

Um feixe de bomba mais forte excita na cavidade os chamados polaritons de excitons – estados híbridos de luz e matéria com uma vida útil muito curta. Estas são quasipartículas formadas pela interação de fótons e outras quasipartículas – excitons. Excitons, por outro lado, são representados por excitação eletrônica em um meio, em particular, por pares comuns ligados de um elétron e um buraco. As quase-partículas compostas de fótons e excitons são chamadas de exciton-polaritons. O lançamento de um feixe de teste na estrutura do ressonador fornece mais ou menos exciton-polaritons. Se houver mais dessas quasipartículas compostas, o transistor é transferido para o estado 1, se menos, para 0.

Você pode ler um pouco mais sobre o processo no comunicado oficial à imprensa. Um artigo sobre o trabalho foi publicado na revista Nature. A longo prazo, o trabalho pode levar ao surgimento de processadores ópticos com transistores com velocidades de chaveamento de 100 a 1000 vezes mais rápidas do que hoje. Neste caso, o nível de geração de calor será reduzido a valores insignificantes, o que não requer nenhum sistema de refrigeração quando operando em temperatura ambiente.