Os pesquisadores demonstraram uma nova técnica que pode armazenar mais dados ópticos em um espaço menor do que era possível no chip. Esta técnica melhora a célula de memória óptica de mudança de fase, que usa luz para escrever e ler dados, e poderia oferecer um mais rápido, forma de memória mais eficiente em termos de energia para computadores.

No Optica , O jornal da Optical Society para pesquisas de alto impacto, pesquisadores das Universidades de Oxford, Exeter e Münster descrevem sua nova técnica para armazenamento de dados totalmente ópticos, o que poderia ajudar a atender à necessidade crescente de mais armazenamento de dados de computador.

Em vez de usar sinais elétricos para armazenar dados em um dos dois estados - zero ou um - como os computadores de hoje, a célula de memória óptica usa luz para armazenar informações. Os pesquisadores demonstraram memória óptica com mais de 32 estados, ou níveis, o equivalente a 5 bits. Este é um passo importante em direção a um computador totalmente óptico, uma meta de longo prazo de muitos grupos de pesquisa neste campo.

"As fibras ópticas trazem dados codificados por luz para nossas casas e escritórios, mas essa informação é transformada em sinais eletrônicos, uma vez dentro dos computadores, "disse o líder da equipe de pesquisa Harish Bhaskaran de Oxford." Ao trazer a velocidade da transmissão de dados baseada na luz para as placas de circuito que operam os computadores, nossa memória totalmente ótica pode permitir um chip de computador híbrido que interage com os dados ótica e eletricamente. "

O novo trabalho faz parte de um grande projeto denominado Fun-COMP, para tecnologia de computação em escala funcional, que reúne parceiros acadêmicos e industriais para desenvolver tecnologias de hardware inovadoras.

Gravando dados com luz

A célula de memória óptica usa luz para codificar informações em um material de mudança de fase, uma classe de materiais usados ​​para fazer CDs e DVDs regraváveis. Um laser aquece porções de um material de mudança de fase, o que faz com que ele alterne entre estados onde todos os átomos estão ordenados ou desordenados. Como esses dois estados exibem diferentes índices ópticos de refração, os dados podem ser lidos com luz.

Os materiais de mudança de fase podem armazenar dados por um longo tempo porque permanecem no estado desordenado ou ordenado até serem iluminados novamente com o tipo específico de luz laser originalmente usado para gravar os dados. A mistura de diferentes proporções de estados ordenados e desordenados em uma área do material permite que as informações sejam armazenadas em um continuum de níveis, em vez de apenas um zero e um como na memória eletrônica tradicional.

"Embora nossa equipe já tenha usado essa abordagem para memória óptica, agora fomos capazes de empurrar os limites de resolução desta célula de memória, armazenando um grande número de estados intermediários entre zero e um, "disse Nathan Youngblood, um membro da equipe de pesquisa. "Isso nos permitiu armazenar informações em 34 níveis, enquanto apenas 10 poderiam ser alcançados anteriormente. "

Os pesquisadores conseguiram o aumento da resolução usando uma nova técnica que desenvolveram que usa luz laser com um único, pulso de duas etapas - dois pulsos colocados juntos em um pulso de formato retangular - para controlar com precisão a fusão e a cristalização do material.

"Em vez de aquecer o material com um único pulso de laser, moldamos o pulso de uma forma que nos permite controlar a temperatura do material ao longo do tempo, "disse Xuan Li, o primeiro autor do artigo. "Isso fornece a capacidade de ajustar como esse material interage com a luz e o estado que atingirá após o aquecimento. Também acelera muito o processo de gravação porque podemos mudar o estado do material com apenas um pulso de laser em vez de centenas ou milhares de pulsos exigido anteriormente. "

Armazenamento de memória multinível

No papel, os pesquisadores mostraram que poderiam usar sua abordagem para codificar dados de maneira confiável em 34 níveis, que é mais do que os 32 níveis necessários para alcançar a programação de 5 bits. "Essa conquista exigiu entender a interação entre a luz e o material perfeitamente e, em seguida, enviar exatamente o tipo certo de pulso de laser necessário para atingir cada nível, "disse Bhaskaran." Resolvemos um problema extraordinariamente difícil.

A nova técnica pode ajudar a superar um dos gargalos que limitam a velocidade dos computadores atuais:a ligação entre o processador e a memória. "Muito trabalho foi feito para melhorar a comunicação entre essas duas unidades usando fibra óptica, "disse Bhaskaran." No entanto, ligar essas duas unidades opticamente ainda requer conversões eletro-ópticas caras em ambas as extremidades. Nossa célula de memória pode ser usada em uma configuração híbrida óptico-elétrica para eliminar a necessidade dessa conversão no lado da memória, permitindo que os dados sejam armazenados e recuperados opticamente. "

Em seguida, os pesquisadores querem integrar várias células de memória e programá-las individualmente, que seria necessário para fazer um chip de memória funcional para um computador. Os grupos de pesquisa têm trabalhado em estreita colaboração com a Oxford University Innovation, o braço de inovação da Universidade, para desenvolver oportunidades comerciais decorrentes de suas pesquisas em células de memória fotônica. Os pesquisadores dizem que já podem replicar os dispositivos extremamente bem, mas precisarão desenvolver técnicas de processamento de sinal de luz para integrar várias células de memória óptica.