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May 08, 2023

Computação óptica: o poder da luz

Molly Loe

Molly Loe

@TechHQ

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Fonte: Shutterstock

• Os computadores ópticos funcionam por 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 jogador importante, especialmente no reino da IA. Você seria perdoado por nunca ter ouvido falar disso, mas envolve lasers e velocidade da luz, então por que não descobrir mais?

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 usadas 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 os primeiros esquemas para um computador totalmente óptico proposto e, desde a década de 1990, a ênfase mudou para a interconexão óptica de matrizes de pixels inteligentes semicondutores.

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

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

A computação óptica pode alcançar computação eficiente e confiável de forma semelhante aos canais de silício e fios de cobre que permitem que os computadores eletrônicos funcionem, 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 forma que eles possam virar as esquinas e continuar sem uma perda significativa de energia. A luz pode ser facilmente contida e perde menos informações durante a viagem, o que é especialmente útil em situações em que as interconexões podem aquecer, o que retarda o movimento dos elétrons.

A fotônica tem uma alta taxa de transferência de > 1 TB/s por canal (dos quais pode haver muitos nas proximidades), em comparação com a capacidade do fio de cobre de 1 GB/s por canal.

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

Assim, podemos ponderar 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 dos aplicativos de nicho, seriam necessários grandes avanços na tecnologia de dispositivos ópticos não lineares, ou mesmo uma mudança na natureza da própria computação.