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PEQUENOS TAMBORES DE GRAFENO SÃO PROMESSAS PARA CHIPS DE COMPUTADORES QUÂNTICOS

PEQUENOS TAMBORES DE GRAFENO SÃO PROMESSAS PARA CHIPS DE COMPUTADORES QUÂNTICOS

Edição Vol. 2, N. 03, 11 de Outubro de 2014

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2014.11.10.005

Imaginem um microcomputador com potencial de amarzernar 100 Terabytes de memória e ter um processador mil vezes mais rápido do que os atuais Pentium 7! Pois é, difícil de imaginar algo que, embora esteja no nosso dia a dia e bem a nossa frente, fica longe de vivenciar um significado próprio de utilidade! Mas, vamos especificando o que é o que. Atualmente, os microcomputadores que usamos têm duas memórias, uma de armazenamento de dados e outra de trabalho.

A primeira, se pensarmos em um microcomputador de última geração, normalmente tem por volta de 500-700 gigabytes (500 GB). Um terabyte equivale a 1024 GB (1TB). Então têm em torno de 1000 vezes mais capacidade de armazenamento do que os atuais. Se pensarmos na memória de trabalho, que é a memória de processamento ou aquela em que o computador está ligado e na qual você pode abrir vários arquivos e softwares (“programas”) de uma só vez sem o computador dar um “pau” ou travar de vez, tem em média 3 megabytes (MB), que são mil vezes menor do que o megabyte (MB) da memória de armazenamento. Outro ponto importante é a velocidade com que os dados são processados, ou seja, a velocidade com que você consegue, por exemplo, abrir páginas na Internet ou abrir os “programas” e executa-los. Os processadores são os responsáveis por isso. Os mais conhecidos são os Pentiuns, por exemplo. A velocidade atual deles é de 3 Gigahertz, ou seja, 3 bilhões de ciclos de processamento de informações. E muitos acham que é pouco… Pois bem, agora isso tudo pode aumentar e para 100 mil vezes mais rápido. É como se tivéssemos não um microcomputador, mas megacomputadores como os da NASA em nossa casa!

Um novo estudo da Universidade de Delft revela que minúsculos cilindros de grafeno tem potencial para atuar como chips de memória em computadores quânticos.

Cientistas do Instituto Kavli de Nanociência da Universidade de Tecnologia Delft (TU Delft’s Kavli Institute of Nanoscience), na Noruega, demonstraram que é possível detectar mudanças extremamente pequenas na posição e forças em “tambores” de grafeno muito pequenos. Os tambores de grafeno têm grande potencial para serem usados ​​como sensores em dispositivos como telefones celulares. Usando suas propriedades mecânicas únicas, esses tambores também poderiam atuar como chips de memória em um computador quântico. Os resultados da pesquisa foram publicados em agosto deste ano na revista Nature Nanotechnology.

Tambor de grafeno

O grafeno é famoso por suas propriedades elétricas especiais, mas a pesquisa em grafite com espessura de uma única folha foi recentemente expandida para explorar o grafeno como um objeto mecânico (Figura 1). O grafeno também é um nanomaterial, assim como os nanotubos de carbono, e assim como os diamantes e o carvão, todos os quatro são formas alótropas do carbono. Os nanomateriais possuem dimensões nanométricas, ou seja, em dimensões que são um bilhão de vezes menor que o metro (1). Graças à sua massa extremamente baixa, pequenas folhas de grafeno podem ser usadas da mesma maneira como a pele de um tambor de um músico. No experimento, os cientistas usaram uma luz com frequência de micro-ondas para “tocar” os tambores de grafeno, para ouvir o seu “nanosom”, e, assim, explorar a maneira como o grafeno se move nestes tambores.

tambores_grafeno

Figura 1: Grafeno são formas alótropas do carbono. Assim como o diamante, o carvão e o grafite o são, o grafeno é a forma planar do carbono, acima. O grafeno também pode assumir formas diferentes como o fulereno, à esquerda, e os nanotubos de carbono, no meio. O grafite à direita.

Opticomecânica

O professor Dr. Vibhor Singh e seus colegas fizeram isso usando uma membrana de cristal 2D como um espelho em uma “cavidade opticomecânica” (2). Na opticomecânica você usa o padrão de interferência da luz para detectar pequenas mudanças na posição de um objeto. Neste experimento, foram direcionados fótons (partículas da luz) de micro-ondas em um pequeno tambor de grafeno (Figura 2). O tambor funciona como um espelho: olhando a interferência dos fótons de micro-ondas que saltam para fora do tambor foi possível perceber mudanças diminutas na posição da folha de grafeno de apenas 17 femtometros, isto é, uma dimensão que é quase 10.000 vezes menor que o diâmetro de um átomo (2).

tambores_grafeno2

Figura 2: Tambor de grafeno. Um laser vermelho é usado para detectar o movimento ressonante do laser por interferometria.

Amplificador

A luz de micro-ondas no experimento não é boa somente para se detectar a posição do tambor, mas também pode empurrar o tambor com certa força. Esta força da luz é extremamente pequena, mas a pequena massa da folha de grafeno e os minúsculos deslocamentos que podem detectar significa que os cientistas podem usar essas forças para “bater o tambor”: os cientistas podem bater o tambor de grafeno com a dinâmica da luz. Usando essa pressão de radiação, eles fizeram um amplificador no qual os sinais de micro-ondas, tais como aqueles em seu telefone celular, são amplificados pelo movimento mecânico do tambor (2). É como um telefone celular quando toca, que recebe um sinal de micro-onda de uma antena e transforma esse sinal em um sinal elétrico que dá um comando ao telefone para que ele vibre. Só que no caso do grafeno, a dimensão é 1 bilhão de vezes menor que o metro!

Memória

Os cientistas também mostraram que você pode usar esses tambores como “chips de memória” para fótons de micro-ondas, convertendo os fótons em vibrações mecânicas e armazená-los por até 10 milissegundos. Um período 1000 vezes menor que o segundo. Apesar deste período não ser longo para os padrões humanos, é muito tempo para um chip de computador. Um dos objetivos de longo prazo do projeto é explorar tambores de cristal 2D para estudar o movimento quântico. Se você bater um tambor clássico com um pedaço de pau, a pele do tambor começará a oscilar, balançando para cima e para baixo. Com um tambor quântico, no entanto, você não somente pode fazer a pele do tambor mover-se para cima e depois para baixo, mas também pode torná-lo uma “superposição quântica”, em que a pele do tambor está ao mesmo tempo subindo e descendo, ou se movendo para cima e para baixo. Por isso se chama movimento quântico, como se um corpo ocupasse dois espaços ao mesmo tempo. “Este movimento quântico” estranho não é apenas de interesse científico, mas também poderia ter aplicações muito práticas em um computador quântico como um “chip de memória” quântico.

Em um computador quântico, o fato de que os bits quânticos possam estar tanto no estado 0 e 1 ao mesmo tempo, permite que ele faça cálculos potencialmente muito mais rápido do que um computador clássico como os usados ​​hoje em dia. Tambores de grafeno quântico que estão “balançando para cima e para baixo ao mesmo tempo” podem ser usados para armazenar informação quântica, da mesma maneira como os chips de memória RAM de seu computador, permitindo que você armazene seu resultado de computação quântica e recuperá-lo mais tarde, ouvindo seu som quântico!

Referências

 

1. Goulart VAM, Resende RR. PROTEÍNA CORONA: um desafio para o uso de nanopartículas. Nanocell News. 2013 11/21/2013;1(3). Epub 11/21/2013.

2. Singh V, Bosman SJ, Schneider BH, Blanter YM, Castellanos-Gomez A, Steele GA. Optomechanical coupling between a multilayer graphene mechanical resonator and a superconducting microwave cavity. Nat Nanotechnol. 2014 Aug 24. PubMed PMID: 25150717. Epub 2014/08/26. Eng.

 

 

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