Joseph Norman
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Um bilhão de operações por segundo não é legal. Sabe o que é legal? Um milhão de bilhões de operações por segundo.
Essa é a promessa de uma nova técnica de computação que usa pulsos de luz laser para fazer um protótipo da unidade fundamental da computação, chamada de bit, que poderia alternar entre seus estados ligado e desligado, ou "1" e "0", 1 quatrilhão vezes por segundo. Isso é cerca de 1 milhão de vezes mais rápido do que os bits nos computadores modernos.
Os computadores convencionais (tudo, da calculadora ao smartphone ou laptop que você está usando para ler isso) pensam em termos de 1s e 0s. Tudo o que eles fazem, desde resolver problemas matemáticos até representar o mundo de um videogame, resulta em uma coleção muito elaborada de operações 1 ou 0, sim ou não. E um computador típico em 2018 pode usar bits de silício para realizar mais ou menos 1 bilhão dessas operações por segundo. [Fato ou ficção científica? A plausibilidade de 10 conceitos de ficção científica]
Neste experimento, os pesquisadores pulsaram luz de laser infravermelho em estruturas em forma de favo de tungstênio e selênio, permitindo que o chip de silício mudasse de "1" para "0" como um processador de computador normal - apenas um milhão de vezes mais rápido, de acordo com o estudo, que foi publicado na Nature em 2 de maio.
Esse é um truque de como os elétrons se comportam na estrutura de favo de mel.
Na maioria das moléculas, os elétrons em órbita ao redor delas podem saltar para vários estados quânticos diferentes, ou "pseudo-pinos", quando ficam excitados. Uma boa maneira de imaginar esses estados é ter pistas diferentes, dando voltas em torno da própria molécula. (Os pesquisadores chamam essas trilhas de "vales" e a manipulação desses spins de "Valleytronics".)
Quando não excitado, o elétron pode ficar perto da molécula, girando em círculos preguiçosos. Mas excite esse elétron, talvez com um flash de luz, e ele precisará queimar um pouco de energia em uma das trilhas externas.
A rede de tungstênio-selênio tem apenas duas trilhas ao seu redor para a entrada de elétrons excitados. Faça flash na rede com uma orientação de luz infravermelha e o elétron saltará para a primeira trilha. Faça um flash com uma orientação diferente da luz infravermelha e o elétron saltará para a outra trilha. Um computador poderia, em teoria, tratar essas faixas como 1s e 0s. Quando há um elétron na trilha 1, é um 1. Quando está na trilha 0, é um 0.
Crucialmente, essas trilhas (ou vales) estão meio próximas, e os elétrons não precisam correr nelas por muito tempo antes de perder energia. Pulsar a rede com luz infravermelha do tipo um, e um elétron irá pular para a trilha 1, mas ele irá circular por "alguns femtossegundos", de acordo com o artigo, antes de retornar ao seu estado não excitado nos orbitais próximos ao núcleo. Um femtossegundo é um milionésimo de milionésimo de segundo, nem mesmo longo o suficiente para um feixe de luz atravessar uma única célula vermelha do sangue.
Assim, os elétrons não permanecem na trilha por muito tempo, mas, uma vez que estão na trilha, pulsos adicionais de luz os empurrarão para frente e para trás entre as duas trilhas antes que tenham a chance de voltar a um estado não excitado. Aquele empurrãozinho para frente e para trás, 1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1 - repetidamente em flashes incrivelmente rápidos - é o material da computação. Mas, neste tipo de material, os pesquisadores mostraram, isso poderia acontecer muito mais rápido do que em chips contemporâneos.
Os pesquisadores também levantaram a possibilidade de que sua rede pudesse ser usada para computação quântica em temperatura ambiente. É uma espécie de Santo Graal para a computação quântica, já que a maioria dos computadores quânticos existentes exige que os pesquisadores primeiro resfriem seus bits quânticos até quase o zero absoluto, a temperatura mais fria possível. Os pesquisadores mostraram que é teoricamente possível excitar os elétrons nesta rede para "superposições" das faixas 1 e 0 - ou estados ambíguos de estarem meio vagos em ambas as faixas ao mesmo tempo - que são necessárias para cálculos de computação quântica.
"No longo prazo, vemos uma chance realista de introduzir dispositivos de informação quântica que realizam operações mais rápido do que uma única oscilação de uma onda de luz", disse o autor do estudo Rupert Huber, professor de física da Universidade de Regensburg, na Alemanha, em um comunicado . No entanto, os pesquisadores não realizaram nenhuma operação quântica dessa maneira, de modo que a ideia de um computador quântico à temperatura ambiente ainda é inteiramente teórica. E, de fato, as operações clássicas (do tipo regular) que os pesquisadores executaram em sua rede eram apenas sem sentido, para frente e para trás, comutação 1 e 0. A rede ainda não foi usada para calcular nada. Assim, os pesquisadores ainda precisam mostrar que ele pode ser usado em um computador prático.
Ainda assim, o experimento pode abrir a porta para a computação convencional ultrarrápida - e talvez até a computação quântica - em situações que eram impossíveis de alcançar até agora.