p Dez anos no futuro. Isso é o quão longe o professor de engenharia elétrica e da computação da UC Santa Barbara, John Bowers, e sua equipe de pesquisa estão alcançando com o recente desenvolvimento de seus lasers de pontos quânticos de modo bloqueado em silício. É uma tecnologia que não só pode aumentar massivamente a capacidade de transmissão de dados dos data centers, empresas de telecomunicações e produtos de hardware de rede que virão, mas faça isso com alta estabilidade, baixo ruído e a eficiência energética da fotônica de silício. p "O nível de tráfego de dados no mundo está subindo muito, muito rápido, "disse Bowers, co-autor de um artigo sobre as novas tecnologias na revista Optica . De um modo geral, ele explicou, a transmissão e a capacidade de dados da infraestrutura de telecomunicações de última geração deve dobrar aproximadamente a cada dois anos para sustentar altos níveis de desempenho. Isso significa que mesmo agora, empresas de tecnologia como Intel e Cisco precisam focar no hardware de 2024 e além para se manterem competitivas.

p Entre na alta contagem de canais do Bowers Group, 20 gigahertz, laser de pontos quânticos de modo passivo bloqueado, crescido diretamente - pela primeira vez, de acordo com o conhecimento do grupo - em um substrato de silício. Com uma capacidade de transmissão comprovada de 4,1 terabit por segundo, ele salta uma década estimada à frente do melhor padrão comercial de hoje para transmissão de dados, que atualmente atinge 400 gigabits por segundo na Ethernet.

p A tecnologia é a mais recente candidata de alto desempenho em uma técnica estabelecida chamada de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), que transmite vários sinais paralelos em uma única fibra óptica usando diferentes comprimentos de onda (cores). Tornou possível o streaming e a transferência rápida de dados com os quais confiamos para nossas comunicações, entretenimento e comércio.

p A nova tecnologia do Bowers Group tira proveito de vários avanços nas telecomunicações, fotônica e materiais com seu laser de pontos quânticos - um minúsculo, fonte de luz de tamanho mícron - que pode emitir uma ampla faixa de comprimentos de onda de luz sobre os quais os dados podem ser transmitidos.

p "Queremos comprimentos de onda mais coerentes gerados em uma fonte de luz barata, "disse Songtao Liu, pesquisador de pós-doutorado no Bowers Group e principal autor do artigo. "Os pontos quânticos podem oferecer amplo espectro de ganho, e é por isso que podemos alcançar muitos canais. "Seu laser de pontos quânticos produz 64 canais, espaçado em 20 GHz, e pode ser utilizado como um transmissor para aumentar a capacidade do sistema.

p O laser é passivamente 'travado em modo' - uma técnica que gera 'pentes' ópticos coerentes com espaçamento de canal fixo - para evitar o ruído da competição de comprimento de onda na cavidade do laser e estabilizar a transmissão de dados.

p Esta tecnologia representa um avanço significativo no campo dos circuitos integrados eletrônicos e fotônicos de silício, em que o objetivo principal é criar componentes que usem luz (fótons) e guias de onda - incomparáveis ​​em capacidade de dados e velocidade de transmissão, bem como eficiência energética - ao lado e até mesmo em vez de elétrons e fios. O silício é um bom material pela qualidade da luz que pode orientar e preservar, e pela facilidade e baixo custo de sua fabricação em larga escala. Contudo, não é tão bom para gerar luz.

p "Se você deseja gerar luz de forma eficiente, você quer um semicondutor de gap direto, "disse Liu, referindo-se à propriedade estrutural eletrônica ideal para sólidos emissores de luz. "O silício é um semicondutor de gap indireto." O laser de ponto quântico do Bowers Group, cultivado em silício molécula por molécula nas instalações de nanofabricação da UC Santa Bárbara, é uma estrutura que aproveita as propriedades eletrônicas de vários materiais semicondutores para desempenho e função (incluindo seus intervalos de banda diretos), além dos bem conhecidos benefícios ópticos e de fabricação do silício.

p Este laser de ponto quântico, e componentes semelhantes, espera-se que se tornem a norma em telecomunicações e processamento de dados, à medida que as empresas de tecnologia buscam maneiras de melhorar sua capacidade de dados e velocidades de transmissão.

p "Os data centers agora estão comprando grandes quantidades de transceptores fotônicos de silício, "Bowers apontou." E passou do nada há dois anos. "

p Desde que Bowers, há uma década, demonstrou o primeiro laser de silício híbrido do mundo (um esforço em conjunto com a Intel), o mundo da fotônica de silício continuou a criar maior eficiência, tecnologia de alto desempenho, mantendo uma pegada tão pequena quanto possível, de olho na produção em massa. O laser de ponto quântico em silício, Bowers e Liu dizem, é a tecnologia de ponta que oferece o desempenho superior que será procurado para dispositivos futuros.

p "Estamos filmando longe, "disse Bowers, que detém a cátedra Fred Kavli em Nanotecnologia, "que é o que a pesquisa universitária deveria estar fazendo."