O desenvolvimento da tecnologia de fibra óptica tem sido indispensável para aumentar a velocidade com que as informações são entregues a grandes distâncias, dependendo da luz para transportar as informações, em vez da eletricidade. Atualmente, sinais de luz de entrada são convertidos em sinais elétricos, após o qual as informações que eles carregam são processadas. As comunicações digitais e o compartilhamento de informações seriam ainda mais rápidos e eficientes em termos de energia se a luz pudesse ser usada em todo o processo, mas avanços adicionais significativos em circuitos ópticos integrados e computação baseada em luz ainda são necessários.
Nos últimos anos, os cientistas têm trabalhado em maneiras de desenvolver e usar circuitos ópticos não recíprocos - que manipulam as ondas de luz para que possam viajar apenas em uma direção - para resolver esses desafios e melhorar a capacidade de processar grandes quantidades de informações. Circuitos ópticos não recíprocos podem ser usados, por exemplo, para evitar reflexos indesejados que interferem na transmissão de dados e podem desestabilizar fontes de luz no chip. Em um novo artigo publicado na revista Optica , o jornal principal da Optical Society, pesquisadores do Advanced Science Research Center (ASRC) no The Graduate Center da City University of New York (CUNY) estabelecem uma estrutura teórica rigorosa que esclarece os princípios fundamentais que regem os circuitos ressonantes não recíprocos e resolve algumas questões pendentes sobre seus potenciais e limitações.
A ciência de estudar circuitos ópticos não recíprocos está, em muitos aspectos, ainda em sua infância, e uma confusão significativa surgiu na literatura científica sobre o que é possível ou não possível em sistemas que quebram a reciprocidade e permitem a propagação unilateral da luz. Artigos recentes argumentaram que os circuitos ópticos ressonantes não recíprocos podem ser capazes de armazenar indefinidamente ondas de luz multifrequência sem perda de integridade, permitindo que os dispositivos processem dados com muito mais eficácia. Mas a nova pesquisa dos cientistas do ASRC mostra que os circuitos não recíprocos não fornecem nenhuma vantagem em comparação com os sistemas convencionais em superar o compromisso comum entre o atraso de tempo que pode ser transmitido em um sinal de entrada e sua largura de banda de frequência, um desafio central em sistemas de computação óptica modernos. Sua teoria esclarece os princípios subjacentes que governam como a luz interage com dispositivos não recíprocos, estabelecendo os limites finais em seu desempenho, e as oportunidades que eles podem fornecer de forma realista para aprimorar sua interação com os sinais de entrada.
"Ficamos intrigados com as alegações recentes sobre dispositivos não recíprocos que pareciam bons demais para ser verdade, "disse Sander Mann, primeiro autor do novo artigo e um pós-doutorado do Centro de Graduação que trabalha no laboratório de Andrea Alù, diretor da Photonics Initiative do ASRC e professor de física no The Graduate Center. "Nossa teoria esclarece os princípios fundamentais que governam a propagação da luz em dispositivos ressonantes não recíprocos, e mostra oportunidades realistas para usá-los de forma a melhorar a transmissão do sinal óptico, armazenar, processamento e computação. "
Além de fornecer rigorosos, limites estruturais nas possibilidades de dispositivos não recíprocos, a teoria desenvolvida pelos pesquisadores do ASRC aponta para várias propriedades interessantes de circuitos não recíprocos que podem ser benéficos no transporte de sinais de luz, e, em última análise, melhorar a velocidade e eficiência no processamento de dados.
"Nosso grupo tem trabalhado na propagação de luz não recíproca por alguns anos, e temos descoberto muitas oportunidades oferecidas por esses dispositivos unilaterais, "disse Alù." Enquanto o fenômeno do transporte unilateral de luz é estabelecido, os princípios que o governam são bastante contra-intuitivos e facilmente levam à confusão. Nossa teoria recém-desenvolvida esclarece as oportunidades e limites do uso de dispositivos não recíprocos para diminuir a luz, e agora estamos procurando maneiras de operar perto dos limites recém-derivados para aumentar ao máximo a interação da luz com dispositivos em nanoescala e não linearidades. "
