Cientistas fazem fótons comportarem-se como elétrons

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/03/2020

Os fótons não respondem a campos magnéticos - mas respondem a um campo pseudo-magnético talhado para enganá-los.
[Imagem: Thibault Chervy/ETH Zurich and APS/Carin Cain]

Eletrônica com luz

Para desenvolver tecnologias futurísticas, como processadores fotônicos e computadores quânticos, é preciso antes encontrar maneiras de controlar os fótons, as partículas básicas da luz, tão precisamente quanto hoje nossos aparelhos controlam os elétrons, as partículas básicas da computação eletrônica.

Infelizmente, os fótons são muito mais difíceis de manipular do que os elétrons, que respondem a forças simples, como o magnetismo, que até as crianças entendem.

Mas agora, pela primeira vez, pesquisadores conseguiram enganar os fótons - que são intrinsecamente não-magnéticos -, fazendo-os se comportarem como se fossem elétrons.

Avik Dutt e seus colegas da Universidade de Stanford, nos EUA, conseguiram isso enviando os fótons através de labirintos cuidadosamente projetados para criar uma "força pseudo-magnética", que a equipe vem tentando domar há vários anos.

Com isso, agora é possível fazer as partículas de luz se comportarem como se estivessem sendo acionadas por esse campo magnético sintético ou artificial.

Isso permite guiar os fótons de maneiras previsíveis e úteis, essencialmente permitindo usá-los como portadores de informações ou mesmo como componentes de portas lógicas totalmente baseadas em luz.

O "magnetismo artificial" faz os fótons se comportarem como se fossem elétrons.
[Imagem: Avik Dutt et al. - 10.1126/science.aaz3071]

Lógica pós-binária

Embora ainda estejam no estágio experimental, essas estruturas representam um avanço em relação ao modo de computação atual. Armazenar informações tem tudo a ver com o controle de estados variáveis das partículas e, hoje, isso é feito por componentes que ligam e desligam elétrons em um chip para criar zeros e uns digitais.

Um chip que use magnetismo para controlar a interação entre a cor (ou o nível de energia) do fóton e seu spin (se o fóton está viajando no sentido horário ou anti-horário) cria mais estados variáveis do que é possível com elétrons, permitindo criar bits que guardam mais do que dois dados, saltando para uma lógica pós-binária.

"O que fizemos é tão novo que as possibilidades estão apenas começando a se materializar," disse Dutt.

No curto prazo, o mecanismo de controle criado pela equipe poderia ser usado para enviar mais dados através dos cabos de fibra óptica. No futuro, ele poderá levar à criação de chips baseados em luz, que terão muito mais poder computacional do que os chips eletrônicos.

Contudo, o experimento ainda usa lasers, cabos de fibra ótica e vários equipamentos de controle, em um aparato do tamanho de uma mesa. Para aplicações práticas, será necessário criar estruturas em nanoescala que incorporem esses mesmos princípios dentro de um chip.

Bibliografia:

Artigo: A single photonic cavity with two independent physical synthetic dimensions
Autores: Avik Dutt, Qian Lin, Luqi Yuan, Momchil Minkov, Meng Xiao, Shanhui Fan
Revista: Science
Vol.: 367, Issue 6473, pp. 59-64
DOI: 10.1126/science.aaz3071