Laser microscópico reduz consumo de computadores pela metade

Saindo da eletricidade rumo à luz

Se quisermos que luz seja usada diretamente na computação, e não apenas na transmissão de dados, é necessário miniaturizar os lasers, para que eles possam ser integrados dentro dos próprios processadores fotônicos. É aí que entram os nanolasers.

Agora, pesquisadores da Universidade Técnica da Dinamarca desenvolveram um nanolaser inovador que viabiliza a integração de milhares dessas fontes miniaturizadas de luz dentro de um único microchip, abrindo assim o caminho para um futuro digital onde os dados não são mais transmitidos por sinais elétricos, mas por partículas de luz, os fótons.

Ao levar a luz diretamente para o próprio microchip usando nanolasers, a tecnologia digital poderá se tornar mais rápida, mais fria e muito mais ecológica. A internet já se baseia em dados transmitidos na forma de partículas de luz, por meio dos cabos de fibra óptica, mas os computadores continuam usando eletricidade para enviar dados através dos circuitos eletrônicos e trilhas metálicas, o que limita a velocidade e gera calor.

Os nanolasers geram sinais de luz de forma muito eficiente, que podem ser transmitidos com quase nenhuma perda de energia – no caso dos computadores, estima-se que os nanolasers possam reduzir o consumo de energia pela metade. Para isso, contudo, é necessário colocar milhares de lasers para enviar sinais de luz internamente em cada chip.

“O nanolaser abre a possibilidade de criar uma nova geração de componentes que combinam alto desempenho com tamanho mínimo. Isso pode ser aplicado na tecnologia da informação, por exemplo, onde lasers ultracompactos e com baixo consumo de energia podem reduzir o consumo de energia em computadores, ou no desenvolvimento de sensores para o setor de saúde, onde a extrema concentração de luz do nanolaser pode fornecer imagens de alta resolução e biossensores ultrassensíveis,” explicou o professor Jesper Mork.

Voltando da luz para a eletricidade

O novo nanolaser é baseado em uma estrutura de aprisionamento de luz – uma nanocavidade – que concentra a luz de forma extremamente potente em uma área minúscula, viabilizando projetos considerados impossíveis anteriormente. De fato, o novo dispositivo rompe com o limite tradicional de tamanho dos lasers.

Quando o dispositivo recebe sua entrada, conhecida como feixe de bombeamento, tanto a luz quanto os elétrons se concentram em uma área microscópica. Isso permite que o laser opere em temperatura ambiente com um consumo de energia excepcionalmente baixo. Contudo, um feixe de bombeamento exige um laser externo, e isso não é prático para a integração em escala de chip.

Assim, o próximo passo agora é passar a alimentar o nanolaser eletricamente, de modo a torná-lo compatível com o hardware atual, permitindo a inserção de um chip fotônico em circuitos tradicionais. Embora já tenham havido várias demonstrações de lasers acionados por eletricidade na última década, incluindo lasers orgânicos totalmente elétricos, o desafio agora é repetir tudo na escala alcançada por este novo nanolaser. Os pesquisadores estimam que os desafios técnicos poderão ser superados nos próximos 5 a 10 anos.