quarta-feira, 18 de novembro de 2009

Hologramas desafiam limite de armazenamento de dados


Eric Hand

Os zeros e uns que impulsionam o mundo digital - a passagem de elétrons por um transistor ou discos rígidos dependentes da rotação intrínseca dos elétrons - estão sendo comprimidos em espaços cada vez menores. Pensava-se que o limite já havia sido estabelecido: não mais que um bit de informação poderia ser codificado em um átomo ou elétron. Mas agora, pesquisadores da Universidade Stanford em Palo Alto, Califórnia, usaram outra propriedade do elétron - sua tendência a saltar probabilisticamente entre diferentes estados quânticos - para criar hologramas que comprimem informações em espaços subatômicos. Ao codificar informação no formato de quantum do elétron, ou função de onda, os pesquisadores conseguiram criar um desenho holográfico contendo 35 bits por elétron.

"Nossos resultados desafiarão alguns pressupostos fundamentais que as pessoas tinham sobre os limites máximos de armazenagem de informação," disse o estudante de pós-graduação Chris Moon, um dos autores do trabalho publicado na Nature Nanotechnology.

Rompendo o limite
Os pesquisadores construíram uma tradição de inscrever informações em pequenos espaços que começou quando o eminente físico Richard Feynman perguntou em 1959, "por que não podemos escrever os 24 volumes da Enciclopédia Britannica na cabeça de um alfinete?" Um marco foi alcançado em 1989, quando os pesquisadores da IBM manipularam átomos de xenônio em uma placa de níquel para soletrar as letras "IBM" em um espaço com apenas alguns nanômetros de largura. O desafio de Feynman foi cumprido - e outros mais depois.

Mas Moon e seus colegas viram uma forma de diminuir o tamanho através do uso de uma analogia quântica do holograma convencional. Eles usariam as propriedades quânticas dos elétrons, ao invés de fótons, como fonte de "iluminação."

Usando um microscópio de corrente de tunelamento, eles colocaram moléculas de monóxido de carbono sobre uma camada de cobre ¿ sua placa holográfica. As moléculas foram posicionadas para criar padrões pontuados que resultariam em um "S" holográfico. O mar de elétrons que existe naturalmente na superfície da camada de cobre serviu de iluminação. Assim como uma pedra atirada em um lago cria padrões ondulados, esses elétrons interferem nas moléculas de carbono para criar um holograma quântico.

Os pesquisadores lêem o holograma usando o microscópio para medir o estado da energia da função de onda de um elétron. Eles mostraram que poderiam ler um "S" - de Stanford - com medidas de até 0,3 nanômetros.

Circuitos Quânticos
Além de romper o limite atômico de armazenagem de informação, os pesquisadores demonstraram uma das características essenciais da holografia. Eles sobrepuseram duas camadas, ou páginas, de informação - nesse caso, um "S" e um "U" - dentro do mesmo holograma. Eles distinguiram cada página rastreando elétrons em diferentes níveis de energia no holograma.

Isso levou a equipe de Stanford a pensar na criação de circuitos quânticos. Ao codificar o "S," os pesquisadores se concentraram na densidade do elétron em alguns pontos e níveis de energia. E uma concentração de elétrons no espaço é, basicamente, um fio. Isso levou o co-autor do estudo Hari Manoharan a pensar no uso de hologramas como circuitos quânticos sobrepostos - que podem no futuro ser necessários como fios condutores de um computador quântico. "Você mudaria o nível de energia e alcançaria um conjunto diferente de fiação," ele disse.

O resultado é "muito interessante," diz Alexander Sergienko, físico de óptica quântica da Universidade Boston de Massachusetts. Mas ele diz que a técnica ainda está longe de ter qualquer aplicação prática. A holografia óptica convencional - que possui sua própria comunidade de pesquisadores tentando armazenar informações com maior densidade - pode tirar proveito das câmeras com dispositivo de carga acoplada (CCD na sigla em inglês) para ler a informação em paralelo. A holografia de quantum de elétron, por enquanto, requer um microscópio de tunelamento, que atravessa o holograma mais lentamente.

"Para que ele seja prático, alguém precisa pensar no futuro desenvolvimento de sistemas de leitura," Sergienko diz. "No momento, isso é uma excelente prova de princípio."

Tradução: Amy Traduções

Nature

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