Quando dois solitons se encontram, eles mudam de tipo, seguindo um sistema quaternário feito de apenas quatro números:-1, 0, 1 e 2. Neste caso, um soliton -1 encontra-se com um soliton 2 para formar um soliton 1. Crédito:IBS
Inevitável, cada informação digital que enviamos ao redor do mundo está sujeita a ser perdida. Viajando em longas distâncias em fios, o sinal inicial decai e se espalha ao colidir com impurezas e campos eletromagnéticos vizinhos. Portanto, além de cada pedaço de sua mensagem desejada, é necessário enviar outras informações ocultas que verificam se há erros e atuam em caso de perdas; enquanto os dispositivos ficam cada vez menores, esta questão se torna mais significativa. Cientistas do Centro de Eletrônica Artificial de Baixa Dimensão (CALDES), dentro do Institute for Basic Science (IBS) estão buscando formas inovadoras de alcançar uma transmissão mais estável de informações. Um de seus interesses de pesquisa concentra-se em pacotes de ondas solitárias de auto-reforço chamados solitons, que são estáveis independentemente do ambiente. Em seu artigo mais recente, eles demonstraram que os solitons podem ser manipulados e descreveram como usá-los para operações lógicas. Seus experimentos e modelos são publicados em Física da Natureza e pavimenta o caminho para um novo campo da eletrônica:Solitonics.
Os físicos sabem que uma solução possível para o problema da atenuação do sinal ou ruído devido a interferências externas pode vir de um conceito matemático chamado topologia. Está relacionado a propriedades que não são afetadas por uma mudança na forma. Por exemplo, Acredite ou não, uma bola e um lápis são topologicamente iguais, mas diferente de um donut. Isto é porque, com alguma imaginação, você pode moldar a bola no formato de um lápis. Contudo, quando você faz um buraco na bola, torna-se um objeto topológico totalmente diferente. Os furos definem o estado topológico, eles podem se mover dentro do material, mas seu número não muda mesmo sob a presença de forças de empurrar e puxar. Um conceito semelhante poderia ser usado em TI para proteger o fluxo de informações de interferências externas e impurezas e garantir sua estabilidade em distâncias e no tempo mais longos. Parece uma propriedade incrível, mas, paradoxalmente, é também seu maior inimigo:a informação transmitida é muito estável, de uma forma que é realmente muito difícil de modificar e usar. Esse parecia ser o triste final da história, até que os cientistas do IBS demonstraram uma maneira de manipular o sinal transmitido e possivelmente aplicá-lo à eletrônica moderna.
Um dos principais componentes da física do sistema topológico é o soliton, um pacote de ondas solitárias extremamente estável de energia, que viaja através de alguns materiais 1D sem perder sua forma e energia, um pouco como uma onda de tsunami. Os cientistas começaram a estudar solitons topológicos na década de 80, mas foram desencorajados pela aparente impossibilidade de manipulá-los.
Ano passado, Os cientistas do IBS exploraram as propriedades dos solitons em uma cadeia dupla de átomos de índio colocados no topo de uma superfície de silício e descobriram que os solitons podem existir em três formas. "Em um sentido topológico, é como ter um donut com muitos furos, onde cada buraco pode ter três formas diferentes, correspondentes aos três tipos de solitons, "explica YEOM Han Woong, o principal autor deste estudo. "Os físicos costumavam trabalhar com solitons (buracos) do mesmo tipo e as operações que você podia fazer com eles eram limitadas, mas agora temos uma chance maior de jogar com eles. "
Enquanto o código binário usado em nossos computadores atuais é composto de 0s e 1s. Um sistema quaternário, como o proposto pelos cientistas do IBS, consiste em quatro dígitos (0, 1, 2 e -1) e permitiria mais operações. Os pesquisadores modelaram o vício em solitons. Por exemplo, um soliton representado pelo número 2, e outro representado pelo número 1 pode ser adicionado para formar um novo soliton (n. -1). De fato, neste sistema de 4 bases, 2 + 1 resulta em -1, e é fácil entender por que se você imaginar um pequeno e circular "jogo do ganso", em que você se move no sentido horário (ou anti-horário), dependendo do número obtido ao jogar um dado de quatro lados contendo os números 0, 1, 2 e -1. Se você estiver na caixa n. 2 e você obtém n. 1 nos dados, você vai chegar ao quadrado -1. Crédito:IBS
Neste novo estudo, Yeom e sua equipe provaram, experimentalmente, que alternar entre esses solitons é possível. Eles observaram que quando dois solitons se encontram, eles resultam em um soliton diferente, em outras palavras, eles descobriram que os solitons podem ser transformados, e ainda permanece imune aos defeitos do meio. "Até agora, os solitons só podiam ser criados ou destruídos aos pares, nenhuma outra manipulação foi possível, mas mostramos que esses solitons podem ser trocados de um para o outro, e até mesmo usado para operações lógicas ", continua Yeom.
Esses três tipos de solitons também podem ser representados por dígitos (1, -1 e 2) e a condição sem solitons como zero (0), criando um sistema matemático quaternário. Os quatro dígitos podem então ser usados para cálculos matemáticos.
Sistemas de dígitos quaternários, e sistemas multidigit em geral, tem várias vantagens sobre o binário (0, 1) sistema que estamos usando atualmente. Eles permitem mais operações e armazenamento de informações em menos espaço e podem nos aproximar de dispositivos semelhantes ao cérebro, que imitam a maneira como as informações são computadas e armazenadas por nossos circuitos neuronais.
Abrindo um novo campo da eletrônica, apelidado de solitônicos, Os cientistas do IBS imaginam dispositivos de TI de nova geração que combinam silício e solitons. "Estamos usando solitons viajando em átomos de índio em uma superfície de silício, e imaginamos que essa estrutura que poderia ser implementada nos dispositivos de silício atuais, criando sistemas híbridos, "explica KIM Tae-Hwan, primeiro autor deste estudo.
