Conexão sem fio à velocidade de dezenas de terabits por segundo, dados processados a dezenas de gigabits por segundo, hologramas capazes de criar imagens com volume: estes são alguns dos objetivos mais próximos que se pode alcançar nesta área. Cientistas da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI contam à Sputnik sobre os avanços russos neste sentido.
A eletrônica está passando à história
A fotônica é uma área da ciência e tecnologia que explora os processos de irradiação de luz, seu registro e alteração de suas propriedades.
Os equipamentos baseados em fotônica não se limitam à comunicação ótica e discos de laser. O século XXI é o século da fotônica, afirmam os cientistas do Laboratório da Fotônica e Processamento Óptico da Informação do Departamento de Física de Laser do Instituto das Tecnologias de Laser e Plasma (LaPlas) da MEPhI.
Eles afirmam que dentro de 10-20 anos a fotônica vai revolucionar os sistemas técnicos já existentes e fomentar a criação de novos. Primeiro, vai aparecer comunicação digital acessível à velocidade de terabits por segundo, sistemas de processamento de dados com capacidade de dezenas de gigabits por segundo e também telas de gigapixels – estas últimas serão com duas e três dimensões, ou seja, holográficas.
As vantagens essenciais de equipamentos fotônicos estão nas propriedades informativas da luz. A frequência de vibração dos sinais ópticos é milhares de vezes maior do que a dos sinais de rádio, explicam os cientistas, por isso, seus parâmetros são muito mais rápidos de alterar. Graças a isso, a gama de frequências transmitidas pela luz é enorme: um canal óptico pode transmitir o sinal de todas as faixas de rádio em simultâneo.
"Durante a transmissão da luz é possível formar distribuições espaciais que representam dados de duas e três dimensões – enquanto um sinal elétrico transmitido por condutor funciona em só uma dimensão. Graças a isso, os sistemas fotônicos podem possuir rapidez e eficiência energética muitas vezes maiores do que seus antecessores eletrônicos usados hoje em dia", conta o professor da MEPhI Rostislav Starikov.
Pronto veremos vídeos holográficos
Mesmo agora, as tecnologias de formação de sinal luminoso já permitem gravar e reproduzir vídeos holográficos. Porém, como dizem os cientistas da MEPhI, estes sistemas ainda são muito caros e pouco eficientes, sendo pouco acessíveis a um público amplo. Há problemas também com a reprodução rápida dos hologramas e com sua transmissão através das redes digitais existentes.
O Departamento de Física de Laser da MEPhI está elaborando métodos inteligentes de transmissão e reprodução rápida de vídeos tridimensionais baseados em hologramas digitais com o apoio da Fundação Russa da Ciência (projeto n.º 20-79-00291). Os esforços científicos nesta área visam introduzir os sistemas holográficos de vídeo tridimensional no uso amplo já em meados dos anos 2030.
"Nós apresentamos e testamos com sucesso um novo método de representação binária de hologramas digitais, que permite codificá-los de uma maneira mais adequada para transmissão, e também novos métodos de sua compressão, cuja eficácia supera os análogos existentes, garantindo ao mesmo tempo um nível aceitável de perda da qualidade das imagens finais", observa o chefe da pesquisa e docente da MEPhI, Pavel Cheryomkhin.
O que nos traz o rádio fotônico?
Outra área muito promissora é a fotônica de micro-ondas, também chamada de radiofotônica. Trata-se de transmissão e processamento de sinais de rádio pela luz. Tais sistemas ultrapassam facilmente os sistemas de rádio comuns em proteção contra interferências, parâmetros sonoros, dimensão e peso; a maior vantagem é terem uma faixa de sinais muito ampla – mais de 100 GHz.
Os modelos experimentais de sistemas radiofotônicos atingem velocidades de processamento de sinais impossíveis para os dispositivos eletrônicos comuns. Por exemplo, a transformação análogo-digital é mil vezes mais rápida.
Hoje a Rússia, tal como outros países, está implementando em ampla escala linhas fotônicas de transmissão de sinais de rádio que possuem enorme capacidade de informação, dizem os cientistas da MEPhI. No futuro, dispositivos vão usar a luz para processar os sinais de rádio (ditos radares fotônicos), o passo seguinte seria a criação de antenas de matriz ativa faseada baseadas na fotônica, o que permitirá monitorar alvos de qualquer tipo a longa distância e com alta precisão.
O Departamento de Física de Laser da MEPhI, chefiado pelo professor Starikov, realiza pesquisas teóricas e experimentais na área de sistemas análogo-digitais de fotônica em micro-ondas. Em particular, os especialistas criaram recentemente um sistema fotônico para processamento análogo-digital de sinais de rádio na faixa centimétrica.
Na base deste dispositivo os cientistas da MEPhI e de outras instituições científicas russas criaram, pela primeira vez na Rússia e dos primeiros a nível mundial, um sistema radiotécnico com elementos de fotônica de micro-ondas. O sistema já passou com êxito por testes no terreno. Os cientistas explicam que tais dispositivos são muito mais leves e eficientes que seus análogos eletrônicos.
Velocidade incrível e qualidade perfeita
No futuro, os sistemas óptico-digitais que usam processamento paralelo de sinais ópticos espaciais permitirão processar dados a uma velocidade que chegará a 100 Gbit por segundo, podendo ser usados para processar imagens ou codificar dados. As pesquisas realizadas pela MEPhI na área de processamento de sinais ópticos binários se centram na criação de sistemas de difração e holográficos que usam radiação laser coerente e não coerente.
"Nossa equipe está elaborando com sucesso métodos de formação com alta velocidade e precisão de distribuições luminosas informativas programadas, que permitirão representar enormes volumes de dados sem erros e perdas", comenta Rostislav Starikov.
Particularmente, o Departamento de Física de Laser da MEPhI está realizando um projeto chefiado pelo professor Nikolai Evtikhiev (bolsa da Fundação Russa da Ciência n.º 19-19-00498) de elaboração de um sistema de difração óptico-digital de novo tipo, destinado à codificação de dados. Já foi criado e testado um sistema de codificação de dados binários – seus criadores asseguram que poderá processar dezenas de gigabits por segundo.
Outras pesquisas que o departamento está realizando visam criar sistemas inteligentes de alta velocidade para reconhecimento de imagens. Os cientistas afirmam que os experimentos já comprovaram a capacidade de detectar imagens de megapixels a velocidades maiores que dez mil frames por segundo, o que é centenas de vezes melhor que as capacidades dos análogos eletrônicos.