Tecnologias avançadas de processamento de informações oferecem telecomunicações mais ecológicas e forte segurança de dados para milhões de pessoas, revelou um estudo liderado por pesquisadores da Universidade de Maryland (UMD).



Um novo dispositivo capaz de processar informações usando uma pequena quantidade de luz poderia permitir comunicações seguras e com eficiência energética. O trabalho liderado por You Zhou, professor assistente do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais (MSE) da UMD, em colaboração com pesquisadores do Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA (DOE), foi publicado hoje na revista Nature Photonics .

Os interruptores ópticos, dispositivos responsáveis ​​pelo envio de informações por meio de sinais telefônicos, dependem da luz como meio de transmissão e da eletricidade como ferramenta de processamento, necessitando de um conjunto extra de energia para interpretar os dados. Uma nova alternativa projetada por Zhou usa apenas luz para alimentar uma transmissão completa, o que poderia melhorar a velocidade e a eficiência energética para plataformas de telecomunicações e computação.

Os primeiros testes desta tecnologia mostraram melhorias energéticas significativas. Embora os interruptores ópticos convencionais exijam entre 10 e 100 femtojoules para permitir uma transmissão de comunicação, o dispositivo de Zhou consome cem vezes menos energia, o que equivale a apenas um décimo de um femtojoule. A construção de um protótipo que permite o processamento de informações a partir de pequenas quantidades de luz, por meio de uma propriedade do material conhecida como “resposta não linear”, abriu caminho para novas oportunidades em seu grupo de pesquisa.

“Alcançar uma forte não linearidade foi inesperado, o que abriu uma nova direção que não estávamos explorando anteriormente:as comunicações quânticas”, disse Zhou.

Para construir o dispositivo, Zhou usou a Quantum Material Press (QPress) no Center for Functional Nanomaterias (CFN), uma instalação do DOE Office of Science no Brookhaven Lab que oferece acesso gratuito a equipamentos de classe mundial para cientistas que conduzem pesquisas abertas. O QPress é uma ferramenta automatizada para sintetizar materiais quânticos com camadas tão finas quanto um único átomo.

"Temos colaborado com o grupo de Zhou há vários anos. Eles são um dos primeiros a adotar nossos módulos QPress, que incluem um esfoliante, catalogador e empilhador", disse o coautor Suji Park, cientista da equipe do Grupo de Nanomateriais Eletrônicos. no CFN.

"Especificamente, fornecemos flocos esfoliados de alta qualidade adaptados às suas solicitações e trabalhamos juntos para otimizar as condições de esfoliação de seus materiais. Esta parceria melhorou significativamente o processo de fabricação de amostras."

Em seguida, a equipa de investigação de Zhou pretende aumentar a eficiência energética até à menor quantidade de energia electromagnética, um desafio principal para permitir as chamadas comunicações quânticas, que oferecem uma alternativa promissora para a segurança de dados.

Na esteira do aumento dos ataques cibernéticos, a construção de uma proteção sofisticada contra hackers aumentou o interesse científico. Os dados transmitidos através de canais de comunicação convencionais podem ser lidos e copiados sem deixar rastros, o que custou milhares de violações para 350 milhões de usuários no ano passado, de acordo com um relatório recente do Statista.

As comunicações quânticas, por outro lado, oferecem uma alternativa promissora, pois codificam a informação através da luz, que não pode ser interceptada sem alterar o seu estado quântico. O método de Zhou para melhorar a não linearidade dos materiais está um passo mais próximo de viabilizar essas tecnologias.

Mais informações: Liuxin Gu et al, Não-linearidade óptica gigante de polarons de Fermi em semicondutores atomicamente finos, Nature Photonics (2024). DOI:10.1038/s41566-024-01434-x
Informações do diário: Fotônica da Natureza

Fornecido pelo Laboratório Nacional de Brookhaven