Além da economia direta de energia, o switch não requer resfriamento e opera a 1 trilhão de operações por segundo, é entre 100 e 1,000 vezes mais rápido do que os transistores comerciais de hoje.
O dispositivo depende de dois lasers para definir seu estado como “0” ou “1” e para alternar entre eles. Um feixe de laser de controle muito fraco é usado para ligar ou desligar outro feixe de laser mais brilhante. Leva apenas alguns fótons no feixe de controle, daí a alta eficiência do dispositivo.
A troca ocorre dentro de uma microcavidade - um polímero semicondutor orgânico fino de 35 nanômetros imprensado entre estruturas inorgânicas altamente reflexivas. A microcavidade é construída de forma a manter a luz que entra presa em seu interior pelo maior tempo possível para favorecer seu acoplamento com o material da cavidade.
Este acoplamento de matéria leve forma a base do novo dispositivo. Quando os fótons se acoplam fortemente aos pares de elétron-buraco - também conhecidos como excitons - no material da cavidade, isso dá origem a entidades de curta duração chamadas de exciton-polaritons, que são uma espécie de quasipartículas no coração da operação do switch.
Quando o laser da bomba - o mais brilhante dos dois - brilha no interruptor, isso cria milhares de quasipartículas idênticas no mesmo local, formando o chamado condensado de Bose-Einstein, que codifica os estados lógicos "0" e "1" de o dispositivo.
Para alternar entre os dois níveis do dispositivo, a equipe usou um pulso de laser de controle semeando o condensado pouco antes da chegada do pulso de laser da bomba. Como resultado, estimula a conversão de energia da bomba de laser, aumentando a quantidade de quasipartículas no condensado. A grande quantidade de partículas ali corresponde ao estado “1” do dispositivo.
Os pesquisadores usaram vários ajustes para garantir o baixo consumo de energia: Primeiro, a comutação eficiente foi auxiliada pelas vibrações das moléculas do polímero semicondutor.
O truque era combinar a lacuna de energia entre os estados bombeados e o estado condensado com a energia de uma vibração molecular específica no polímero.
Em segundo lugar, a equipe conseguiu encontrar o comprimento de onda ideal para sintonizar seu laser e implementou um novo esquema de medição que permite a detecção de condensado de disparo único.
Terceiro, o laser de controle que semeia o condensado e seu esquema de detecção foram combinados de uma forma que suprimiu o ruído da emissão de “fundo” do dispositivo.
Essas medidas maximizaram o nível de sinal-ruído do aparelho e evitaram que um excesso de energia fosse absorvido pela microcavidade, o que serviria apenas para aquecê-la por meio de vibrações moleculares.