O que é um picossegundo?

Um picossegundo é um bilionésimo de segundo. É uma medida de tempo que entra em jogo com tipos de tecnologia como lasers, microprocessadores e outros componentes eletrônicos que operam em velocidades extremamente rápidas. A pesquisa em física nuclear também envolve medições que se aproximam da faixa do picossegundo, bem como imagens relacionadas à medicina nuclear usando tomografia por emissão de pósitrons (PET).

Os computadores pessoais estão gradualmente se aproximando da velocidade em que um único cálculo pode ser realizado em um picossegundo. Um computador doméstico com um microprocessador que executa a três gigahertz executa a três bilhões de ciclos por segundo. Isso significa que está demorando cerca de 330 picossegundos para executar uma única operação binária.

Os supercomputadores nos Estados Unidos e na China já excedem o picossegundo por velocidade de operação. Um dos supercomputadores mais rápidos dos EUA pode executar operações de 360 ​​trilhões por segundo, um pouco mais rápido que uma operação por picossegundo. A China revelou um supercomputador em 2010 capaz de executar 2,5 petaflops por segundo, ou 2,5 quadrilhões de operações a cada segundo, o que significa que a cada picossegundo, ele realiza de maneira otimizada 2.500 cálculos.

Os lasers projetados para operar na faixa de picossegundos emitem pulsos de luz a cada uma a várias dezenas de picossegundos no tempo. Existem vários tipos de projetos de laser que podem operar nessas velocidades, incluindo lasers de estado sólido a granel, lasers de fibra com bloqueio de modo e lasers com comutação Q. Cada modelo é construído com base no diodo de picossegundo, que pode ser bloqueado no modo ou comutado por ganho, alterando as taxas de pulso de velocidades de nanossegundos que estão em bilionésimos de segundo, para pelo menos dez vezes mais rápido na faixa de 100s de picossegundos.

Embora esses lasers ultra-rápidos sejam difíceis de imaginar, existe um nível ainda mais rápido de modelos. Um laser de pulso de picossegundo é 1.000 vezes mais lento que um laser de femtossegundo. Isso torna os projetos de picossegundos menos avançados e consideravelmente mais econômicos para usos como a micro-usinagem de componentes. Ambos os tipos de lasers têm níveis semelhantes de desempenho para os trabalhos com os quais são encarregados.

No campo da medicina nuclear, uma máquina PET constrói uma imagem através de raios gama interagindo com cristais cintilantes para produzir elétrons Compton a velocidades ideais de cerca de 170 picossegundos. Na realidade, isso geralmente é muito mais lento e leva cerca de 1 a 2 nanossegundos de comprimento por partícula de emissão. A pesquisa de PET no tempo de voo (TOFPET) está tentando reduzir o tempo real de vôo para menos de 300 picossegundos, por meio de melhorias nos fotodetectores, nos próprios cristais cintilantes e na eletrônica associada. Embora essas taxas de velocidade já sejam incrivelmente rápidas, reconstruir uma imagem das regiões do corpo humano a partir dessas emissões é um processo lento e demorado, que geralmente leva vários dias para ser concluído.