Cientistas da Monash University desenvolveram um pequeno circuito novo que pode gerar, direcionar e ler informações transportadas pela luz em um chip.
O avanço representa um marco significativo para um campo crescente de pesquisa conhecido como “valleytronics”, que poderia ajudar a impulsionar avanços futuros em computação mais rápida, menor consumo de energia e tecnologia quântica.
Desenvolvido por pesquisadores da Escola Monash de Física e Astronomia, o novo dispositivo combina nanotecnologia avançada com materiais sofisticados para resolver um desafio que limita o campo há anos.
Pela primeira vez, a equipe desenvolveu um chip totalmente integrado capaz de gerar sinais luminosos especiais, orientá-los por caminhos específicos e convertê-los em sinais elétricos dentro do mesmo sistema compacto.
Esses sinais armazenam informações usando uma propriedade quântica chamada “graus de liberdade do vale”. Os cientistas acreditam que esta característica única pode fornecer formas inteiramente novas de codificar, transmitir e processar dados.
O chip Valitronics integrado resolve um desafio de longa data
Autor principal, Dr. Chi Lee, cuja equipe publicou os resultados Fotônica da Naturezadisse que a conquista aborda um grande obstáculo na pesquisa em valetrônica.
“Até agora, podemos gerar ou detectar esses sinais, mas não todos em um dispositivo integrado”, disse o Dr. Lee.
“O que construímos é um sistema completo no chip que pode gerar, rotear e ler essas informações com altíssima precisão.”
O dispositivo depende de materiais ultrafinos com apenas alguns átomos de espessura. Esses materiais são combinados com nanoestruturas especialmente projetadas para controlar com precisão a luz em uma escala extremamente pequena.
Dr. Kaijian Xing, co-autor do estudo e pesquisador da Monash University, explicou que a equipe desenvolveu uma maneira prática de combinar esses elementos.
“Usamos um método de empilhamento simples para integrar materiais ultrafinos com metassuperfícies, superando os desafios técnicos do crescimento direto de materiais em estruturas fotônicas e permitindo novos avanços na valetrônica”, disse o Dr.
Tecnologia fotônica à temperatura ambiente
Uma das principais vantagens da tecnologia é que ela funciona em temperatura ambiente. Muitos sistemas quânticos requerem ambientes extremamente frios, tornando-os mais difíceis e caros de usar em aplicações do mundo real.
Hauran Ren, autor sênior, ARC Future Fellow e líder do Monash Nanometa Group, disse que o trabalho pode abrir caminho para uma nova geração de dispositivos fotônicos compactos que são programáveis e altamente eficientes.
De acordo com o Dr. Ren, a tecnologia poderia suportar sistemas de computação mais rápidos, reduzir o consumo de energia e permitir novos métodos para comunicação segura e melhor processamento de dados.
“Este é um passo significativo em direção a uma tecnologia escalável baseada em chips que utiliza luz em vez de eletricidade para processar informações”, disse o Dr. Ren.
“Os dispositivos fotônicos usam luz para obter grande largura de banda, velocidades de transmissão de dados ultrarrápidas e baixo consumo de energia, portanto, o que alcançamos tem um forte potencial para aplicações em computação quântica, imagens avançadas e sistemas de comunicação óptica de próxima geração.”
Processando vários fluxos de informações
Para demonstrar as capacidades do chip, os pesquisadores codificaram e processaram com sucesso duas imagens separadas ao mesmo tempo. Os testes mostraram que o dispositivo pode lidar com vários fluxos de informação simultaneamente, um recurso importante para futuras tecnologias de computação.
O professor Stefan A. Maier, chefe da Escola de Física e Astronomia e Laboratório de Nanofotônica da Universidade Monash, disse que o desenvolvimento ajuda a preencher a lacuna entre as descobertas científicas básicas e as tecnologias práticas.
“Este é um passo importante em direção a um sistema Valitronic totalmente integrado”, disse o professor Mayer. “Ao combinar luz e materiais quânticos em um único chip, podemos acessar novas formas de codificação e processamento de informações.”
O projeto internacional reúne pesquisadores da Austrália, China, Singapura, Alemanha e Japão, combinando expertise em nanofotônica, materiais bidimensionais e optoeletrônica.
Equipe da Universidade Dr. Monash. Chi Li, Dr. Kaijian Jing, Prof. Michael S. Fuhrer, Professor Stefan A. Mayer e Dr. Contribuições adicionais vieram da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura, da LMU Munique e da Universidade de Tecnologia de Sydney.
