Divulgação/IBM.com
Em uma década, computadores, tablets e celulares sofrerão uma transformação invisível, movida a luz. Na aparência, não deverão ser muito diferentes.
Mas seu funcionamento será mais rápido e consumirá menos energia elétrica graças a um novo conjunto de tecnologias para manipular a luz na escala microscópica. Novas tecnologias já estão permitindo a construção dos chamados chips nanofotônicos de silício.
Assim como os chips de silício convencionais, os nanofotônicos são feitos de peças eletrônicas microscópicas. A diferença crucial é que, em vez de serem integrados por circuitos de fios metálicos, responsáveis por transmitir os sinais elétricos, os componentes do novo chip se comunicam por meio de sinais de luz, mais especificamente laser.
A vantagem dos sinais luminosos sobre os elétricos é transportar mais informação mais rapidamente. Nos chips nanofotônicos, a troca de informações deve ocorrer quase sem a conversão de energia elétrica em calor.
Chips com elementos nanofotônicos já fazem parte dos programas de pesquisa de multinacionais da área de eletrônica e existem em protótipo. Quando estiverem prontos para serem comercializados, deverão beneficiar, no início, supercomputadores dos principais centros de dados do mundo.
“Há ainda problemas de física básica e de engenharia para resolver”, afirma Gustavo Wiederhecker, físico da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) que estuda a interação da luz com materiais nanométricos. “Mas, em algum momento, o custo de produção vai baixar e a nanofotônica poderá entrar no cotidiano das pessoas.”
“Os avanços recentes da nanofotônica são impressionantes, mas nada disso é tão revolucionário quanto o laser”, explica Paulo Nussenzveig, físico da Universidade de São Paulo (USP) e especialista em óptica quântica. Nussenzveig colabora desde 2012 com a equipe da física Michal Lipson na Universidade Colúmbia, Estados Unidos, tentando explorar fenômenos quânticos da luz em chips nanofotônicos.
No ano passado, o grupo publicou um artigo na revista Nature Photonics demonstrando como um efeito magnético quântico poderia ser usado para guiar a luz por um canal microscópico em um chip de silício.
“O laser foi a mudança de paradigma que permitiu o desenvolvimento de todas as tecnologias que o seguiram”, diz Nussenzveig, que em julho deste ano abordou os avanços recentes em sua área no workshop Light: Life & Science, realizado em São Carlos, interior de São Paulo, para celebrar o Ano Internacional da Luz, uma iniciativa da Organização das Nações Unidas para aumentar a consciência das pessoas sobre a importância da fotônica, a ciência e tecnologia do controle da luz, que permitiu a invenção do laser e das fibras ópticas que hoje conectam computadores mundo afora.
Luz concentrada
A invenção do laser só foi possível graças ao fim do debate histórico sobre a verdadeira natureza física da luz, encerrado no início do século XX. Novos fenômenos envolvendo a matéria (átomos e elétrons) e a luz só foram completamente entendidos com o desenvolvimento da teoria da mecânica quântica. De acordo com essa teoria, um feixe de luz é feito de trilhões de fótons, entidades elementares cuja natureza é ambígua, podendo se comportar ora como ondas, ora como partículas.
Albert Einstein calculou em 1916 que, nas circunstâncias adequadas, a presença de um fóton na vizinhança de um átomo “excitado” – isto é, prestes a emitir ele mesmo um fóton – estimularia esse átomo a emitir um fóton idêntico. Nos anos 1950, vários pesquisadores tentaram usar esse efeito para criar o chamado laser, acrônimo em inglês para amplificação de luz por emissão estimulada de radiação. O engenheiro norte-americano Theodore Maiman foi o primeiro a produzir um equipamento capaz de emitir um laser com sucesso, em 1960. Leia a pesquisa completa na Revista Fapesp.