A Light está emergindo como o veículo líder para o processamento de informações em computadores e telecomunicações à medida que nossa necessidade de eficiência energética e largura de banda aumenta.

Já o padrão ouro para comunicação intercontinental por meio de fibra óptica, os fótons estão substituindo os elétrons como os principais transportadores de informações nas redes ópticas e no próprio coração dos computadores.

Contudo, permanecem barreiras de engenharia substanciais para concluir essa transformação. Os circuitos de silício padrão da indústria que suportam luz são mais do que uma ordem de magnitude maiores do que os transistores eletrônicos modernos. Uma solução é 'comprimir' a luz usando guias de onda metálicos - no entanto, isso não exigiria apenas uma nova infraestrutura de fabricação, mas também a maneira como a luz interage com os metais nos chips significa que as informações fotônicas são facilmente perdidas.

Agora, cientistas da Austrália e da Alemanha desenvolveram um método modular para projetar dispositivos em nanoescala para ajudar a superar esses problemas, combinando o melhor do design de chip tradicional com arquitetura fotônica em uma estrutura híbrida. A pesquisa deles foi publicada hoje em Nature Communications .

"Construímos uma ponte entre os sistemas fotônicos de silício padrão da indústria e os guias de onda baseados em metal que podem ser feitos 100 vezes menores, mantendo a eficiência, "disse o autor principal, Dr. Alessandro Tuniz, do Instituto e Escola de Física da Universidade de Sydney Nano.

Esta abordagem híbrida permite a manipulação da luz em nanoescala, medido em bilionésimos de um metro. Os cientistas mostraram que podem alcançar a manipulação de dados 100 vezes menor do que o comprimento de onda da luz que transporta as informações.

“Esse tipo de eficiência e miniaturização será essencial para transformar o processamento computacional em luz. Também será muito útil no desenvolvimento de sistemas de informação ótica-quântica, uma plataforma promissora para futuros computadores quânticos, "disse o Professor Associado Stefano Palomba, um co-autor da University of Sydney e Nanophotonics Leader at Sydney Nano.

"Eventualmente, esperamos que as informações fotônicas migrem para a CPU, o coração de qualquer computador moderno. Essa visão já foi mapeada pela IBM. "

Dispositivos em escala nanométrica no chip que usam metais (conhecidos como dispositivos "plasmônicos") permitem uma funcionalidade que nenhum dispositivo fotônico convencional permite. Mais notavelmente, eles comprimem a luz de forma eficiente em alguns bilionésimos de metro e, assim, alcançam um desempenho extremamente aprimorado, livre de interferências, interações luz-matéria.

"Além de revolucionar o processamento geral, isso é muito útil para processos científicos especializados, como nanoespectroscopia, detecção em escala atômica e detectores em nanoescala, "disse o Dr. Tuniz, também do Instituto de Fotônica e Ciências Óticas de Sydney.

Contudo, sua funcionalidade universal foi prejudicada pela dependência de designs ad hoc.

"Mostramos que dois projetos separados podem ser unidos para aprimorar um chip comum que anteriormente não fazia nada de especial, "Dr. Tuniz disse.

Esta abordagem modular permite a rotação rápida da polarização da luz no chip e, por causa dessa rotação, permite rapidamente a nanofocagem até cerca de 100 vezes menos do que o comprimento de onda.

O professor Martijn de Sterke é diretor do Instituto de Fotônica e Ciências Óticas da Universidade de Sydney. Ele disse:"O futuro do processamento de informações provavelmente envolverá fótons usando metais que nos permitem comprimir a luz em nanoescala e integrar esses projetos em fotônica de silício convencional."