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 da Universidade de Maryland, e cientistas do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), foi publicado 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. Para isso, é necessário um conjunto extra de energia capaz de interpretar os dados.
A alternativa projetada por Zhou utiliza apenas luz para alimentar uma transmissão completa. Isso 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 100 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 Centro de Nanomateriais Funcionais, uma instalação do DOE 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.
"Há vários anos colaboramos com o grupo de Zhou. Eles são um dos primeiros a adotar nossos módulos QPress, que incluem esfoliante, catalogador e empilhador", disse o coautor Suji Park, cientista da equipe do Grupo de Nanomateriais Eletrônicos. "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."
Segurança
No futuro, a equipe de investigação de Zhou pretende aumentar a eficiência energética até à menor quantidade de energia electromagnética, um desafio fundamental 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 por 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 por intermédio 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.