Cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos Estados Unidos desenvolveram um novo tipo de chip de circuito óptico, do tamanho de uma unha, capaz de produzir lasers em diversas cores, como um arco-íris. Este chip processa a luz de forma semelhante ao modo como os chips tradicionais processam elétrons, integrando lasers que emitem múltiplos comprimentos de onda em um espaço diminuto, tornando-se uma espécie de "circuito integrado" de luz. A inovação promete impulsionar tecnologias de ponta como inteligência artificial, computação quântica e relógios atômicos ópticos. O artigo relacionado foi publicado na nova edição da revista Nature.
Atualmente, lasers de alta qualidade, compactos e eficientes geralmente conseguem emitir apenas alguns poucos comprimentos de onda. Por exemplo, lasers de semicondutor são excelentes para gerar luz infravermelha de 980 nanômetros. Já tecnologias como relógios atômicos ópticos e computadores quânticos necessitam de fontes de luz com uma rica variedade de cores, mas os lasers tradicionais capazes de produzir essas cores são volumosos, caros e extremamente energéticos.
O novo chip fotônico desenvolvido é como um intrincado bolo de camadas. A equipe utilizou como base uma pastilha de silício padrão revestida com dióxido de silício (vidro) e niobato de lítio — um material óptico não linear que pode alterar a cor da luz que o atravessa. Em seguida, adicionaram eletrodos metálicos e, ao aplicar um campo elétrico, conseguiram transformar uma cor de luz em outra. A equipe também construiu outras interfaces entre metal e niobato de lítio, permitindo comutar e controlar rapidamente os sinais de luz dentro do chip, uma capacidade essencial para processamento de dados e roteamento de alta velocidade. O "açúcar de confeiteiro" mais fascinante deste "bolo" é o segundo material não linear, o pentóxido de tântalo. Ele possui uma "magia": ao absorver um laser de uma única cor, pode "emitir" um arco-íris de múltiplas cores.
Ao empilhar tridimensionalmente diferentes materiais, a equipe criou um chip fotônico que permite que a luz circule eficientemente entre as camadas. Cada chip interno abriga dezenas de milhares de circuitos fotônicos, e cada circuito pode produzir uma cor única.
Além de ser utilizado em computadores quânticos e relógios ópticos, este chip fotônico também pode estabelecer canais de alta velocidade para a transmissão de sinais entre chips dedicados, tornando as ferramentas de inteligência artificial cada vez mais potentes e eficientes.