Computação óptica: o poder da luz

Molly Loe

@TechHQ

Fonte: Shutterstock

• Os computadores ópticos funcionam através da transferência fotônica. • Eles podem ser rápidos, com perda mínima de calor durante a transferência. • Há controvérsias sobre as promessas da tecnologia fotônica.

A computação óptica está rapidamente se tornando um player importante, especialmente no domínio da IA. Você seria perdoado por nunca ter ouvido falar disso, mas envolve lasers e a velocidade da luz, então por que não descobrir mais?

Os computadores ópticos, também conhecidos como computadores fotônicos, realizam cálculos digitais usando – você adivinhou – fótons. As ondas de luz produzidas por lasers ou fontes incoerentes são utilizadas como meio principal para a realização de cálculos numéricos, raciocínio, inteligência artificial, processamento de dados, armazenamento de dados e comunicação de dados para computação.

Como qualquer computador, um computador óptico precisa de três coisas para funcionar bem:

A história da computação óptica está interligada com o desenvolvimento de sistemas de radar. Na década de 1960, a invenção do laser viu a proposta dos primeiros esquemas para um computador totalmente óptico e, desde a década de 1990, a ênfase mudou para a interconexão óptica de matrizes de pixels inteligentes semicondutores.

Os computadores tradicionais utilizam elétrons para realizar cálculos, mas os fótons têm a capacidade de permitir uma largura de banda maior; os feixes visíveis e infravermelhos (IR) fluem entre si sem interagir, ao contrário dos elétrons, para que possam ser restritos ao que é efetivamente computação bidimensional.

A fiação tridimensional é necessária em computadores tradicionais para direcionar correntes elétricas entre si. Portanto, um computador fotônico pode ser menor que seu equivalente mais comum. Assim como a computação tradicional, os computadores ópticos usam portas lógicas e rotinas binárias para realizar cálculos, mas a forma como esses cálculos são realizados difere.

A computação óptica pode alcançar uma computação igualmente eficiente e confiável aos canais de silício e fios de cobre que permitem o funcionamento dos computadores eletrônicos, usando nanopartículas plasmônicas. Além disso, a ausência de fios físicos significa que os computadores ópticos são menos propensos a danos causados por calor ou vibrações.

Como os fótons podem ser facilmente manipulados e controlados, os computadores fotônicos são mais rápidos e eficientes. Os movimentos dos fótons podem ser guiados e controlados de tal forma que possam virar esquinas e continuar sem perda significativa de energia. A luz pode ser facilmente contida e perde menos informações durante a viagem, o que é especialmente útil em situações onde as interconexões podem aquecer, o que retarda o movimento dos elétrons.

A fotônica tem um alto rendimento de >1 TB/s por canal (dos quais pode haver muitos próximos), em comparação com a capacidade do fio de cobre de 1 GB/s por canal.

A esperança é que o uso da luz ou do transporte de informações resulte no desenvolvimento de computadores em exaescala. Os computadores Exascale poderiam realizar bilhões de cálculos a cada segundo, 1000 vezes mais rápido do que os sistemas mais rápidos atuais.

Assim, podemos pesar as vantagens e desvantagens deste modo alternativo da seguinte forma:

Vantagens da computação óptica:

As desvantagens são:

Existem divergências entre os pesquisadores quando se trata das capacidades dos computadores ópticos. Se eles podem ou não competir com computadores eletrônicos baseados em semicondutores em termos de velocidade, consumo de energia, custo e tamanho é uma questão em aberto.

Os críticos argumentam que os sistemas lógicos do mundo real exigem “restauração do nível lógico, capacidade de cascata, fan-out e isolamento de entrada-saída”, todos os quais são atualmente fornecidos por transistores eletrônicos de baixo custo, baixa potência e alta velocidade. Para que a lógica óptica seja competitiva além das aplicações de nicho, seriam necessários grandes avanços na tecnologia de dispositivos ópticos não lineares, ou mesmo uma mudança na natureza da própria computação.