Transístor guarda 4 bits e faz ponte com computação quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/06/2019

Este transístor multibits pode resolver o problema da miniaturização da eletrônica tradicional, viabilizar a computação neuromórfica e estabelecer uma ponte com a computação quântica. [Imagem: Lynn Lee et al. - 10.1038/s41467-019-09998-x]

Transístor que guarda 4 bits

Engenheiros da Universidade do Texas, nos EUA, criaram um transístor multivalorado, ou seja, um transístor capaz de guardar mais valores do que os tradicionais 0 e 1.

Com a dificuldade de miniaturizar ainda mais os transistores - os mais modernos, de 10 nanômetros, têm apenas 30 átomos de largura - a indústria tem demonstrado cada vez mais interesse na chamada lógica multivalorada, ou lógica multibits, em que cada componente pode guardar vários valores.

Outra vantagem de expandir a linguagem binária é que, com cada transístor codificando mais informações, abre-se o caminho para materialização da computação neuromórfica, que funciona imitando o cérebro humano. Os esforços nesse sentido têm-se concentrado até agora em outra família de componentes eletrônicos emergentes, os memoristores.

Mas Lynn Lee e seus colegas conseguiram fabricar o tradicional componente eletrônico adequado para implementar a lógica plurivalente, um feito que vinha sendo perseguido há décadas por várias equipes de universidades e empresas.

"O conceito de transistores lógicos de múltiplos valores não é novo, e tem havido muitas tentativas de fabricar esses componentes. Nós conseguimos," comemorou o professor Kyeongjae Cho, coordenador da equipe.

Transístor multivalorado

O transístor multivalorado, ou plurivalente, tem como componentes principais duas formas de óxido de zinco, combinadas para formar uma nanocamada composta, que é então incorporada juntamente com camadas de outros materiais para compor uma superrede. Uma superrede é uma estrutura formada por diferentes elementos, em contraposição à rede atômica de um cristal, formada por um único elemento - um diamante de ouro é um exemplo de superrede.

Enquanto os transistores convencionais funcionam com um interruptor - um transístor está ligado ou desligado, o que se traduz em 0s e 1s da linguagem binária -, o transístor multivalorado consegue guardar dois outros sinais intermediários.

Isto é possível porque o óxido de zinco é um material de mudança de fase, o que significa que ele pode assumir pelo menos duas estruturas atômicas: cristalina ou amorfa. Considerando essas duas estruturas nas duas formas de óxido de zinco usadas, mais o ligado/desligado, torna-se possível guardar até quatro bits.

Mas a equipe não considera que o trabalho esteja terminado: "O óxido de zinco é um material bem conhecido que tende a formar sólidos cristalinos e sólidos amorfos, por isso foi uma escolha óbvia para começar, mas pode não ser o melhor material. Nosso próximo passo será analisar o quanto esse comportamento é universal entre outros materiais, enquanto tentamos otimizar a tecnologia," disse Cho.

Múltiplos bits são guardados graças ao comportamento de mudança de fase do semicondutor utilizado, o óxido de zinco. [Imagem: Lynn Lee et al. - 10.1038/s41467-019-09998-x]

Ponte entre computadores eletrônicos e computadores quânticos

O esforço vale muito a pena porque, além de solucionar o desafio da miniaturização dos transistores e ser compatível com a tecnologia atual, a lógica multivalorada estabelece uma ponte entre os computadores eletrônicos atuais e os futuros computadores quânticos, nos quais os qubits podem guardar valores contínuos.

"O transístor é uma tecnologia muito madura e os computadores quânticos estão longe de serem comercializados. Há uma lacuna enorme," comentou o pesquisador. "Então, como vamos nos mover de um para o outro? Precisamos de algum tipo de caminho evolutivo, uma tecnologia de ponte entre graus binários e graus infinitos de liberdade. Nosso trabalho ainda é baseado na tecnologia atual de componentes eletrônicos, então é não tão revolucionária quanto a computação quântica, mas está evoluindo nessa direção."

Cho acrescenta que, depois de encontrar um material mais eficiente do que o óxido de zinco, o próximo passo natural será interligar os transistores multivalorados com um processador quântico.

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Bibliografia:

ZnO composite nanolayer with mobility edge quantization for multi-value logic transistors
Lynn Lee, Jeongwoon Hwang, Jin Won Jung, Jongchan Kim, Ho-In Lee, Sunwoo Heo, Minho Yoon, Sungju Choi, Nguyen Van Long, Jinseon Park, Jae Won Jeong, Jiyoung Kim, Kyung Rok Kim, Dae Hwan Kim, Seongil Im, Byoung Hun Lee, Kyeongjae Cho, Myung Mo Sung
Nature Communications
Vol.: 10, Article number: 1998
DOI: 10.1038/s41467-019-09998-x