Quântico

Diálogo de 29 de agosto de 2023

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por Kosala Herath e Malin Premaratne

A demanda por compartilhamento e processamento rápido de dados desencadeou uma corrida por maior largura de banda em sistemas de comunicação sem fio. Isto é descrito pela Lei de Edholm, que afirma que a largura de banda e as taxas de dados praticamente duplicam a cada ano e meio. À medida que as nossas redes sem fios se aproximam dos seus limites, a busca por taxas de dados ainda mais rápidas leva os investigadores a explorar territórios desconhecidos: bandas de frequência mais altas, como ondas milimétricas, terahertz e frequências ópticas.

Embora o comprimento de onda milimétrico tenha sido adotado em sistemas sem fio de curto alcance, é necessário mais para as demandas futuras. A comunicação óptica sem fio oferece alta largura de banda, mas enfrenta desafios devido a regulamentações de segurança e problemas de ruído. A comunicação Terahertz poderia fornecer taxas de dados incrivelmente rápidas para aplicações cotidianas, mesmo aquelas em escala de chip, como microprocessadores integrados.

A computação moderna depende fortemente de processadores multicore – dispositivos em miniatura que contêm múltiplas unidades de processamento. Ultimamente, os fabricantes têm melhorado o desempenho adicionando mais unidades de processamento e tornando os sistemas de chips menores. Isto levou a um aumento significativo no número de peças de computação individuais em um espaço pequeno, tornando as conexões entre elas mais complexas. No entanto, as formas convencionais de conexão dessas peças são ineficientes e podem tornar o sistema mais lento.

Para enfrentar este desafio, surge uma solução interessante: usar métodos de comunicação sem fio que operam na faixa dos terahertz. Esses métodos podem estabelecer conexões sem fio rápidas e eficientes entre os vários componentes do sistema. No entanto, a implementação eficaz destas tecnologias requer a integração de diferentes componentes para processamento de sinais na extremidade receptora do sistema. Isto envolve as tarefas cruciais de detecção e decodificação de informações do sinal transmitido. Além disso, o alinhamento da antena do receptor com o comprimento de onda específico do sinal portador de terahertz apresenta uma dificuldade em tornar o receptor compacto.

Como resultado, a abordagem atual resulta frequentemente em receptores volumosos, pesados ​​e não confiáveis. Esta limitação levou os investigadores a concentrarem-se no desenvolvimento de tecnologias de receptores inovadoras que não sejam apenas pequenas e leves, mas que também consumam menos energia.

Nossa equipe de pesquisa revelou uma estrutura teórica abrangente: um detector e desmodulador de sinal terahertz em escala quântica. Esta abordagem inovadora explora o comportamento quântico dos portadores de carga quando expostos a intensa condução periódica. Nossas descobertas foram publicadas na revista Physica Scripta.

No domínio da física da matéria condensada, o uso de interações luz-matéria para conduzir materiais quânticos a estados distantes do equilíbrio é fundamental para revelar novas fases quânticas que permanecem inacessíveis em ambientes de equilíbrio. Dentre os métodos comumente citados, destaca-se a engenharia Floquet. Esta técnica capacita os pesquisadores a explorar muitos novos estados quânticos que surgem quando um sistema é submetido a radiação forte e periódica [1, 2, 3].

Graças à engenharia Floquet, mostramos que a condutividade de um poço quântico semicondutor bidimensional se liga linearmente à frequência da radiação aplicada dentro de uma faixa específica. A base de nossas descobertas reside na compreensão de que submeter um semicondutor bidimensional a acionamento periódico aumenta sua condutividade elétrica.