⚡ A ia na velocidade da luz: é possível

Há quase oitenta anos, o ENIAC marcava o início da era eletrônica. Atualmente, nossos computadores ainda se baseiam no mesmo princípio: elétrons em movimento. No entanto, essa tecnologia está atingindo seus limites, especialmente para a inteligência artificial.

Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia propõem então uma alternativa: quasipartículas que misturam luz e matéria, capazes de realizar cálculos sem elétrons. Essas partículas, chamadas exciton-polarítrons, poderiam substituir os elétrons em certas tarefas, oferecendo rapidez e baixo consumo de energia.


Os elétrons possuem carga elétrica, o que gera calor e resistência quando se movem nos chips. Quanto mais os sistemas de IA se tornam imponentes, mais esses problemas se agravam. A dissipação térmica se torna um problema importante, e a energia desperdiçada prejudica o desempenho. Os pesquisadores buscam, portanto, alternativas para evitar esses gargalos térmicos e energéticos.

Os fótons, partículas de luz, parecem ideais: eles não têm carga e se movem rapidamente sem perda. Mas interagem muito pouco com seu ambiente, o que os torna ruins para operações de comutação lógica, essenciais na computação. Como explica Li He, ex-pesquisador do Zhen Lab, os fótons são excelentes para transportar informação por longas distâncias, mas sua neutralidade os impede de realizar o tipo de decisões binárias que os computadores exigem.

Os exciton-polarítrons são quasipartículas formadas ao acoplar fótons com elétrons em um semicondutor ultrafino. Essa união dá origem a um objeto híbrido que combina a velocidade da luz e a capacidade de interação da matéria. Os pesquisadores conseguiram criar essas partículas em uma nanocavidade, abrindo caminho para operações lógicas totalmente ópticas sem recorrer aos elétrons.

Para a IA, esse avanço é importante. Os chips fotônicos atuais usam luz, mas precisam converter os sinais em eletricidade para as etapas não lineares, como as decisões. Essas conversões repetidas retardam e consomem energia. Com os exciton-polarítrons, é possível realizar essas operações diretamente com a luz, eliminando as idas e vindas custosas entre fótons e elétrons.

A equipe demonstrou uma comutação totalmente óptica usando apenas 4 quatrilionésimos de joule, uma quantidade ínfima de energia. Isso abre caminho para chips muito mais eficientes. Se a tecnologia for escalada, poderia permitir processar a luz diretamente sem conversões incessantes, reduzindo drasticamente o consumo energético dos sistemas de IA.

A longo prazo, esses chips fotônicos poderiam reduzir consideravelmente a demanda energética dos grandes modelos de IA. Poderiam até suportar funções básicas de computação quântica. Os pesquisadores, liderados por Bo Zhen, continuam explorando as possibilidades, mas o potencial é imenso. Seus resultados foram publicados no Physical Review Letters.

O que é um exciton-polarítron?

Um exciton-polarítron é uma quasipartícula híbrida que nasce do acoplamento entre um fóton e um exciton (um par elétron-buraco) em um semicondutor. Essa mistura confere à partícula propriedades únicas: ela se comporta ao mesmo tempo como uma onda luminosa, portanto muito rápida, e como uma partícula material capaz de interações.

Essas quasipartículas geralmente se formam em cavidades ópticas de tamanho nanométrico, onde a luz é confinada. A escolha de um semicondutor de espessura atômica, como o dissulfeto de molibdênio, permite um controle fino das propriedades através de uma tensão elétrica.

O interesse para a computação é imenso: os exciton-polarítrons permitem realizar operações lógicas na velocidade da luz. Eles poderiam assim substituir os elétrons em certas funções-chave dos processadores.