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O computador que você está usando é eletrônico. Em outras palavras, ele usa o fluxo de elétrons para alimentar seus cálculos. Computadores fotônicos, às vezes chamados de computadores “óticos”, poderiam um dia fazer o que um computador faz com elétrons, mas com fótons.

O que há de tão bom nos computadores ópticos?

Os computadores ópticos são muito promissores. Em teoria, um computador totalmente óptico teria várias vantagens sobre os computadores eletrônicos que usamos hoje. A maior vantagem é que esses computadores funcionariam mais rápido e operariam em temperaturas mais baixas do que os sistemas eletrônicos. Com frequências medidas em dezenas de gigahertz com frequências teóricas medidas em terahertz.

Os computadores ópticos também devem ser altamente resistentes à interferência eletromagnética. Os fótons reais no sistema não devem ser afetados, mas o laser ou outra fonte de luz que fornece esses fótons ainda pode ser desativado.

A fotônica também pode fornecer interconexões paralelas de alta velocidade que possibilitam sistemas de computação paralelos para os quais os elétrons são muito lentos.

O sistema fotônico que já estamos usando

Close-up de luzes de fibra óptica roxas.
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Embora ainda não exista um computador completamente óptico, isso não significa que os aspectos da computação já não sejam fotônicos. O que a maioria das pessoas já usa hoje é a fibra ótica. Mesmo que você não tenha uma conexão de fibra em casa, cada pacote em sua rede é transformado em luz em algum ponto ao longo da linha.

A fibra óptica revolucionou a quantidade de dados que podemos mover por cabos relativamente finos, por distâncias incrivelmente longas. Mesmo com a sobrecarga de conversão entre sinais elétricos e fotônicos, a fibra ótica teve um efeito exponencial na velocidade e largura de banda das comunicações. Seria ótimo se o resto dos sistemas de computação elétrica “lentos” também pudessem ser convertidos para rodar em fótons, mas acontece que é uma tarefa difícil!

O quebra-cabeça fotônico não está quebrado

No momento da redação deste artigo, cientistas e engenheiros ainda não descobriram como replicar todos os componentes de computação que existem atualmente em processadores semicondutores. O cálculo não é linear. Requer que diferentes sinais interajam entre si e alterem os resultados de outros componentes. Você precisa construir portas lógicas da mesma forma que os transistores semicondutores são usados ​​para construir portas lógicas, mas os fótons não se comportam de uma maneira que funcione naturalmente com essa abordagem.

É aqui que a lógica fotônica entra em cena. Utilizando óptica não linear, é possível construir portas lógicas semelhantes às utilizadas em processadores convencionais. Pelo menos em teoria poderia ser possível. Existem muitos obstáculos práticos e tecnológicos a serem superados antes que os computadores fotônicos desempenhem um papel significativo.

Computadores fotônicos podem desbloquear IA

Embora existam atualmente limites nos tipos de tecnologia de fotônica computacional que podem ser aplicadas, uma área de interesse é o aprendizado profundo. O aprendizado profundo é um subconjunto dentro do campo da inteligência artificial e, por sua vez, do aprendizado de máquina.

Em um artigo fascinante do Dr. Ryan Hamerly (MIT), ele argumenta que a fotônica é particularmente adequada ao tipo de matemática usada no aprendizado profundo. Se os chips fotônicos que eles estão trabalhando para tornar realidade estiverem à altura de seu potencial, isso poderá ter um enorme impacto no aprendizado profundo. De acordo com Hamerly:

O que está claro, no entanto, é que, pelo menos em teoria, a fotônica tem o potencial de acelerar o aprendizado profundo em várias ordens de magnitude.

Dado o quanto de nossa tecnologia de ponta atual depende do aprendizado de máquina para fazer sua mágica, a fotônica pode ser mais do que um ramo obscuro da computação teórica.

Os sistemas híbridos provavelmente

No futuro próximo, não veremos sistemas puramente fotônicos. O que é muito mais provável é que certas partes de supercomputadores e outros sistemas de computação de alto desempenho possam ser fotônicos. Os componentes fotônicos podem melhorar gradualmente ou assumir tipos específicos de computação. Como os processadores quânticos D-Wave, eles são usados ​​para fazer cálculos muito específicos, com o restante sendo tratado por computadores convencionais.

Então, até que vejamos a luz do dia um dia (por assim dizer), a fotônica provavelmente se arrastará lenta mas firmemente em segundo plano até que esteja pronta para iniciar outra revolução da computação.