Chips que não geram calor

Pesquisadores suíços criaram um transistor óptico que consegue fazer com luz o que os transistores da eletrônica atual fazem utilizando a eletricidade.

Visão artística de um circuito fotônico construído com blocos moleculares.[Imagem: Robert Lettow]

O transístor é o bloco básico de toda a eletrônica e de todos os processadores. No interior de um processador ele normalmente funciona como uma chave - a tensão aplicada a um dos seus três eletrodos controla a quantidade de corrente que flui pelos outros dois, podendo variar entre passagem total de corrente (estado ligado) até a interrupção total da corrente (estado desligado).

Um dos grandes inconvenientes é que essa passagem contínua de eletricidade gera um calor descomunal - um chip estado da arte pode dissipar até 125 watts por centímetro quadrado, mais de 10 vezes o calor gerado pela chapa de um fogão elétrico.

Se a luz puder ser usada, o chips não apenas ficarão muito mais rápidos, porque a luz viaja mais rapidamente do que os elétrons, como também estará resolvido o problema da dissipação de calor.

Transístor óptico

Um passo importante nessa direção foi dado agora pela equipe do Dr. Vahid Sandoghdar, do Instituto ETH de Zurique. Utilizando uma única molécula, os pesquisadores conseguiram fabricar um transístor óptico, que funciona usando fótons, e não elétrons.

Os cientistas tiraram proveito do fato de que a energia de uma molécula é quantizada, ou seja, apresenta valores discretos. Quando a luz de um laser atinge a molécula em seu estado natural, ela absorve a luz. Como resultado, a luz do laser é consumida.

O sentido inverso da operação também é possível - um segundo raio laser atinge a molécula de forma a fazê-la liberar a energia absorvida anteriormente e retornar ao seu estado "neutro". Isso ocorre porque o feixe de laser altera o estado quântico da molécula, amplificando o feixe de luz. Esta chamada emissão estimulada, que Albert Einstein descreveu há mais de 90 anos, também é a base para o funcionamento do próprio raio laser.

Transístor molecular

O efeito de amplificação do laser já é bastante conhecido, mas sempre utilizando uma quantidade muito grande de moléculas. O trabalho do pesquisador Jaesuk Hwang, autor principal do artigo científico que relatou a descoberta, foi tornar isto possível utilizando uma única molécula.

O uso de um feixe de laser para ajustar o estado quântico de uma única molécula, de forma totalmente controlada, permite que se atenue ou amplifique o feixe de um segundo laser. Esse modo de operação é idêntico ao do transístor tradicional, com a diferença de que o transístor eletrônico controla a passagem de corrente elétrica, enquanto o novo transístor óptico controla a passagem de luz.

Processador óptico e computador quântico

Este é um passo importante tanto para a construção de um processadores ópticos quanto para a construção de um computador quântico. Mas é ainda apenas um passo. O transístor óptico é apenas experimental, funcionando em escala de laboratório sob temperaturas criogênicas (-272º C).

"Comparando o estado atual desta tecnologia com a tecnologia da eletrônica, nós estamos mais perto das válvulas eletrônicas usadas nos anos 1950 do que dos circuitos integrados de hoje," diz o professor Sandoghdar.

O maior desafio a ser vencido nessa caminhada será a fabricação de um protótipo de transístor óptico que funcione em temperaturas mais amenas. "Nesse meio tempo, os cientistas vão aprender a manipular e controlar os sistemas quânticos com objetivos bem direcionados, o que nos levará cada vez mais perto de um computador quântico," conclui o pesquisador.