Em muitos materiais bidimensionais (2-D), elétrons não possuem apenas carga e spin, mas ainda exibem uma característica quântica incomum. Os elétrons que residem em muitos materiais 2-D podem viver em mínimos de energia bem separados, e o "endereço" que descreve a quais mínimos esses elétrons pertencem é conhecido como "vale". O uso deste "endereço de vale" para codificar e processar informações forma o núcleo de um novo campo de pesquisa vibrante conhecido como "Valleytronics".

Apesar de muita expectativa da Valleytronics como um candidato para a tecnologia 'além do CMOS' e para continuar o legado da lei de Moore, seu progresso é severamente prejudicado pela falta de projetos práticos para uma unidade de processamento de informações baseada na Valleytronic. Um grande desafio em Valleytronics é a construção de um "filtro de vale" que pode produzir corrente elétrica composta predominantemente de elétrons de apenas um vale específico. Ele serve como um bloco de construção fundamental em Valleytronics.

Ao aproveitar as propriedades elétricas incomuns de materiais 2-D, como fósforo preto de poucas camadas e filmes finos semimetais de Weyl / Dirac topológicos, pesquisadores da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD) projetaram um versátil, filtro de vale totalmente elétrico controlado e demonstrou um projeto de trabalho concreto de uma porta lógica Valleytronic capaz de realizar o conjunto completo de lógicas booleanas de duas entradas.

"Uma descoberta particularmente notável é uma abordagem anteriormente inexplorada de obtenção de computação logicamente reversível, armazenando informações no estado do vale do elétron, "disse o primeiro autor, Dr. Yee Sin Ang, do SUTD.

Os computadores digitais convencionais processam informações de maneira logicamente irreversível. Isso leva a um sério problema lógico - ao receber uma saída computacional, um usuário final não pode identificar inequivocamente as informações de entrada originais que produzem essa saída.

Tornar a computação digital logicamente reversível não é apenas interessante em termos de ciência da informação fundamental, mas também tem amplas aplicações em áreas como criptografia, processamento de sinal e imagem, Computação quântica, e é, em última análise, necessário para melhorar a eficiência energética dos computadores digitais além do gargalo termodinâmico também conhecido como limite de Landauer. Devido ao seu imenso potencial, enormes esforços de pesquisa têm sido devotados à busca de um computador reversível prático desde os anos 1970.

A maneira tradicional de fazer um computador logicamente reversível depende muito de circuitos complexos que inevitavelmente geram grandes quantidades de bits inúteis. Esses métodos complexos e perdulários impediram que a computação reversível ganhasse interesses industriais e comerciais generalizados.

A principal novidade da porta lógica reversível baseada em Valleytronic proposta pelos pesquisadores do SUTD é que o dispositivo armazena bits adicionais de informações de entrada no estado de vale da saída computacional para atingir a reversibilidade lógica. Essa abordagem Valleytronic ignora a necessidade de circuitos complexos e reduz significativamente a geração de bits desnecessários. Essa arquitetura simples também é mais compatível com as crescentes demandas industriais e comerciais por dispositivos inteligentes compactos com tamanhos físicos cada vez menores.

Coautor e investigador principal desta pesquisa, SUTD Prof Ricky Ang, disse:"A união dos Valleytronics, o processamento digital de informações e a computação reversível podem fornecer um novo paradigma para o futuro de computadores com eficiência energética e novas funcionalidades. "