Os sistemas de computador atuais representam bits de informação, os 1s e 0s do código binário, com eletricidade. Elementos de circuito, como transistores, operar nesses sinais elétricos, produzindo saídas que são dependentes de suas entradas.

Tão rápido e poderoso quanto os computadores se tornaram, Ritesh Agarwal, professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade da Pensilvânia, sabe que eles poderiam ser mais poderosos. O campo da computação fotônica visa atingir esse objetivo usando a luz como meio.

A pesquisa de Agarwal sobre computação fotônica tem se concentrado em encontrar a combinação certa e configuração física de materiais que podem amplificar e misturar ondas de luz de maneiras análogas aos componentes eletrônicos do computador.

Em um artigo publicado em Nature Communications , ele e seus colegas deram um passo importante:controlar precisamente a mistura de sinais ópticos por meio de campos elétricos personalizados, e obter resultados com um contraste quase perfeito e relações liga / desliga extremamente grandes. Essas propriedades são essenciais para a criação de um transistor óptico funcional.

"Atualmente, para calcular '5 + 7, 'precisamos enviar um sinal elétrico para' 5 'e um sinal elétrico para' 7, 'e o transistor faz a mistura para produzir um sinal elétrico para '12, '"Agarwal disse." Um dos obstáculos em fazer isso com a luz é que os materiais que são capazes de misturar sinais ópticos também tendem a ter sinais de fundo muito fortes também. Esse sinal de fundo reduziria drasticamente o contraste e as relações liga / desliga, levando a erros na saída. "

Com os sinais de fundo eliminando a saída pretendida, qualidades necessariamente computacionais para transistores ópticos, como a relação liga / desliga, força de modulação e contraste de mixagem de sinal têm sido extremamente pobres. Os transistores elétricos têm padrões elevados para essas qualidades para evitar erros.

A busca por materiais que possam servir em transistores ópticos é complicada por requisitos de propriedades adicionais. Apenas materiais "não lineares" são capazes desse tipo de mistura de sinal óptico.

Abordar esta questão, O grupo de pesquisa de Agarwal começou encontrando um sistema que não tem nenhum sinal de fundo para iniciar:um "cinto" em nanoescala feito de sulfeto de cádmio. Então, aplicando um campo elétrico ao longo do nanobelt, Agarwal e seus colegas foram capazes de introduzir não linearidades ópticas no sistema que permitem uma saída de mixagem de sinal que de outra forma seria zero.

"Nosso sistema varia de zero a valores extremamente grandes, e, portanto, tem contraste perfeito, bem como grande modulação e relações liga / desliga, "Agarwal disse." Portanto, pela primeira vez, temos um dispositivo óptico com saída que realmente se assemelha a um transistor eletrônico. "

Com um dos principais componentes entrando em foco, os próximos passos em direção a um computador fotônico envolverão integrá-los com interconexões ópticas, moduladores, e detectores para demonstrar a computação real.