A galera de antanho tinha uma expressão muito peculiar para definir alguém com grande capacidade de resolver problemas: dar nó em fumaça. Claro que era apenas um eufemismo, mas o que vou mostrar a seguir é real, por mais incrível que pareça.
"Em um raio de luz, o fluxo de luz que viaja através do espaço é semelhante ao fluxo da água que flui em um rio. Embora ela frequentemente flua em uma linha reta - saindo de uma lanterna, de uma fonte de laser etc. - a luz também pode fluir em turbilhões e redemoinhos, formando estruturas no espaço chamadas vórtices ópticos," explica o Dr. Mark Dennis.
Dennis, da Universidade de Bristol, na Inglaterra, foi um dos responsáveis pelo feito de dar nós na luz, que contou ainda com a participação de seus colegas das universidades de Glasgow e Southampton. O experimento foi publicado neste domingo na revista Nature Physics.
É possível criar vórtices óticos artificialmente e de forma controlada usando hologramas, que direcionam o fluxo de luz. Os pesquisadores britânicos empregaram a Teoria dos Nós, um ramo da matemática inspirado nos nós que amarram e embaraçam cordas e cadarços de sapato, para criar hologramas especialmente projetados para dirigir os vórtices ópticos, fazendo-os criar nós não de cordões, mas de luz.
"O sofisticado holograma necessário para este experimento de 'amarrar' a luz demonstra uma capacidade de controle óptico extremamente avançada, que sem dúvida poderá ser usada em dispositivos a laser no futuro," diz o Dr. Miles Padgett, que coordenou os estudos. "O estudo dos vórtices ópticos começou com o Lord Kelvin por volta de 1867, em sua busca por uma explicação dos átomos", acrescenta Dennis. "O nosso trabalho abre um novo capítulo nessa história".
"Descobrimos que, ao esculpir um vácuo artificial específico no interior de um cristal fotônico, podemos controlar inteiramente o estado eletrônico dos átomos artificiais dentro desse vácuo", diz Xun Ma, que fez a descoberta sob a orientação do Dr. Sajeev John. "Esta descoberta poderá viabilizar a construção dos computadores fotônicos, que são [potencialmente] mais de cem mais rápidos do que seus equivalentes eletrônicos, sem os problemas de dissipação de calor e outros gargalos atualmente enfrentados pela computação eletrônica," diz Ma.
Os pesquisadores estavam tentando entender o chaveamento óptico, uma etapa fundamental para a construção de um transístor que funcione inteiramente com luz, em contraposição aos transistores atuais, que funcionam com base na passagem de corrente elétrica. Vários grupos de cientistas já demonstraram a viabilidade dos transistores ópticos. No início de 2009, pesquisadores suíços apresentaram um transístor totalmente óptico com excelentes perspectivas. Mas, como a área é de fronteira, ainda não está claro qual será a solução tecnológica que sairá vencedora. Outros avanços recentes incluem a comunicação nanofotônica no interior de um chip e até um mais versátil transístor a laser, que possui uma saída elétrica e outra óptica.
Ao tentar construir sua própria versão de uma chave liga-desliga que funcione inteiramente com luz, os pesquisadores canadenses depararam-se com um novo e inesperado mecanismo de chaveamento óptico. A descoberta exigiu a correção de uma das mais fundamentais equações da óptica quântica, conhecida como Equações de Bloch.
Usando rotas com poucos nanômetros de largura, os pesquisadores fizeram com que a luz passasse por um ponto de "vácuo." "Um vácuo para a luz não é completamente vazio e pode até mesmo ser esvaziado ainda mais. Não se trata de um vácuo no sentido tradicional," explica John. Ao passar por esse vácuo óptico, os pesquisadores verificaram que o comportamento da luz depende do seu comprimento de onda - da sua cor - variando abruptamente de uma cor para outra.
Neste vácuo, o estado de cada átomo - ou ponto quântico - pode ser manipulado com feixes de laser, cujas funções são determinadas pela sua cor. A variação nas cores permite a mudança do átomo de um estado excitado para um estado de baixa energia em um trilionésimo de segundo.
"Estes pontos quânticos podem, por sua vez, controlar outros feixes de pulsos ópticos, permitindo o processamento óptico de informações," diz Ma - tudo o que é necessário para que os feixes ópticos cruzados funcionem como um transístor. Esse novo mecanismo permite que transistores ópticos totalmente integrados, na escala dos micrômetros, executem operações lógicas, usando canais de múltiplas frequências, em trilionésimos de segundo, com níveis de potência na faixa dos microwatts, cerca de um milionésimo da energia necessária para alimentar uma lâmpada comum", resume John.
A operação com múltiplas frequências de luz, referidas pelo pesquisador, significa que, ao contrário dos circuitos eletrônicos atuais, que têm seu funcionamento baseado na passagem de um único "canal de energia" - o próprio fluxo da corrente elétrica - um processador fotônico baseado no fenômeno agora descoberto poderá operar simultaneamente com inúmeros canais de luz, com cores diferentes, elevando exponencialmente a capacidade de cálculo.
A demonstração é, por enquanto, apenas uma prova de conceito, realizada em condições de laboratório. Os cientistas não se arriscam a prever quanto tempo levará para que os "computadores de luz" tornem-se uma realidade.
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Depois que, no ano retrasado, os cientistas conseguiram criar uma espécie de processador usando gotas d'água, fico na expectativa das próximas novidades, sempre imaginando como integrá-las nas linhas de pesquisa de meu interesse. E aí, designers, vamos inovar?
Cientistas dão nó na luz
Cientistas conseguiram pela primeira vez dar um nó na luz. E não um nó em uma fibra óptica ou qualquer meio por onde a luz esteja passando, mas um nó em um feixe livre e puro de luz. A proeza parece mais notável em razão do senso comum de que a luz sempre viaja em linha reta. De fato é isso o que acontece na maior parte das vezes. Mas frequentemente não significa sempre.
"Em um raio de luz, o fluxo de luz que viaja através do espaço é semelhante ao fluxo da água que flui em um rio. Embora ela frequentemente flua em uma linha reta - saindo de uma lanterna, de uma fonte de laser etc. - a luz também pode fluir em turbilhões e redemoinhos, formando estruturas no espaço chamadas vórtices ópticos," explica o Dr. Mark Dennis.
Dennis, da Universidade de Bristol, na Inglaterra, foi um dos responsáveis pelo feito de dar nós na luz, que contou ainda com a participação de seus colegas das universidades de Glasgow e Southampton. O experimento foi publicado neste domingo na revista Nature Physics.
A compreensão precisa das propriedades da luz, permitindo seu controle a ponto de lhe dar nós, tem implicações importantes para a tecnologia dos raios laser, usados em uma ampla gama de indústrias, na medicina, nas telecomunicações e em outras pesquisas científicas. Mas, para entender os nós na luz, é preciso retornar aos vórtices óticos. Ao longo dessas "linhas" - desses redemoinhos de luz - a intensidade da luz é zero, o que significa que não há iluminação, fica tudo escuro. Toda a luz ao nosso redor é repleta dessas linhas escuras - porém, por serem escuras, nós obviamente não podemos vê-las.
É possível criar vórtices óticos artificialmente e de forma controlada usando hologramas, que direcionam o fluxo de luz. Os pesquisadores britânicos empregaram a Teoria dos Nós, um ramo da matemática inspirado nos nós que amarram e embaraçam cordas e cadarços de sapato, para criar hologramas especialmente projetados para dirigir os vórtices ópticos, fazendo-os criar nós não de cordões, mas de luz.
Com isto, além dos interesses na área do laser e da fotônica em geral, a nova pesquisa demonstra uma aplicação física de um ramo da matemática anteriormente considerado completamente abstrato.
"O sofisticado holograma necessário para este experimento de 'amarrar' a luz demonstra uma capacidade de controle óptico extremamente avançada, que sem dúvida poderá ser usada em dispositivos a laser no futuro," diz o Dr. Miles Padgett, que coordenou os estudos. "O estudo dos vórtices ópticos começou com o Lord Kelvin por volta de 1867, em sua busca por uma explicação dos átomos", acrescenta Dennis. "O nosso trabalho abre um novo capítulo nessa história".
Aí você pode me perguntar qual aplicações práticas tal malabarismo pode nos trazer. E eu respondo: leia o texto a seguir e ponha a sua imaginação para funcionar...
Processador de luz fará cálculos simultâneos usando cores diferentes
Do outro lado do Atlântico norte, pesquisadores da Universidade de Toronto, no Canadá, descobriram novos comportamentos da luz no interior de cristais fotônicos que poderão ser explorados para a construção de processadores ópticos que superam largamente os atuais processadores eletrônicos. E com a vantagem de não superaquecerem.
"Descobrimos que, ao esculpir um vácuo artificial específico no interior de um cristal fotônico, podemos controlar inteiramente o estado eletrônico dos átomos artificiais dentro desse vácuo", diz Xun Ma, que fez a descoberta sob a orientação do Dr. Sajeev John. "Esta descoberta poderá viabilizar a construção dos computadores fotônicos, que são [potencialmente] mais de cem mais rápidos do que seus equivalentes eletrônicos, sem os problemas de dissipação de calor e outros gargalos atualmente enfrentados pela computação eletrônica," diz Ma.
Os pesquisadores estavam tentando entender o chaveamento óptico, uma etapa fundamental para a construção de um transístor que funcione inteiramente com luz, em contraposição aos transistores atuais, que funcionam com base na passagem de corrente elétrica. Vários grupos de cientistas já demonstraram a viabilidade dos transistores ópticos. No início de 2009, pesquisadores suíços apresentaram um transístor totalmente óptico com excelentes perspectivas. Mas, como a área é de fronteira, ainda não está claro qual será a solução tecnológica que sairá vencedora. Outros avanços recentes incluem a comunicação nanofotônica no interior de um chip e até um mais versátil transístor a laser, que possui uma saída elétrica e outra óptica.
Ao tentar construir sua própria versão de uma chave liga-desliga que funcione inteiramente com luz, os pesquisadores canadenses depararam-se com um novo e inesperado mecanismo de chaveamento óptico. A descoberta exigiu a correção de uma das mais fundamentais equações da óptica quântica, conhecida como Equações de Bloch.
Usando rotas com poucos nanômetros de largura, os pesquisadores fizeram com que a luz passasse por um ponto de "vácuo." "Um vácuo para a luz não é completamente vazio e pode até mesmo ser esvaziado ainda mais. Não se trata de um vácuo no sentido tradicional," explica John. Ao passar por esse vácuo óptico, os pesquisadores verificaram que o comportamento da luz depende do seu comprimento de onda - da sua cor - variando abruptamente de uma cor para outra.
Neste vácuo, o estado de cada átomo - ou ponto quântico - pode ser manipulado com feixes de laser, cujas funções são determinadas pela sua cor. A variação nas cores permite a mudança do átomo de um estado excitado para um estado de baixa energia em um trilionésimo de segundo.
"Estes pontos quânticos podem, por sua vez, controlar outros feixes de pulsos ópticos, permitindo o processamento óptico de informações," diz Ma - tudo o que é necessário para que os feixes ópticos cruzados funcionem como um transístor. Esse novo mecanismo permite que transistores ópticos totalmente integrados, na escala dos micrômetros, executem operações lógicas, usando canais de múltiplas frequências, em trilionésimos de segundo, com níveis de potência na faixa dos microwatts, cerca de um milionésimo da energia necessária para alimentar uma lâmpada comum", resume John.
A operação com múltiplas frequências de luz, referidas pelo pesquisador, significa que, ao contrário dos circuitos eletrônicos atuais, que têm seu funcionamento baseado na passagem de um único "canal de energia" - o próprio fluxo da corrente elétrica - um processador fotônico baseado no fenômeno agora descoberto poderá operar simultaneamente com inúmeros canais de luz, com cores diferentes, elevando exponencialmente a capacidade de cálculo.
A demonstração é, por enquanto, apenas uma prova de conceito, realizada em condições de laboratório. Os cientistas não se arriscam a prever quanto tempo levará para que os "computadores de luz" tornem-se uma realidade.
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Depois que, no ano retrasado, os cientistas conseguiram criar uma espécie de processador usando gotas d'água, fico na expectativa das próximas novidades, sempre imaginando como integrá-las nas linhas de pesquisa de meu interesse. E aí, designers, vamos inovar?
