A base da tecnologia de comunicação atual é composta por ondas luminosas e sonoras. Enquanto as ondas sonoras em nanoescala em semicondutores processam sinais em frequências gigahertz para transmissão sem fio, as fibras de vidro com luz laser criam a World Wide Web.
Uma das questões mais urgentes para o futuro é como essas tecnologias podem ser estendidas a sistemas quânticos para construir sistemas seguros (ou seja, sem torneira) comunicação quântica redes.
Os quanta de luz ou fótons desempenham um papel muito central no desenvolvimento de tecnologias quânticas.
Uma equipa de cientistas alemães e espanhóis de Valência, Münster, Augsburgo, Berlim e Munique conseguiu controlar com sucesso quanta de luz individual com um grau de precisão extremamente elevado. O estudo deles usa uma onda sonora para mudar fótons em um chip entre duas saídas em frequências gigahertz.
Esta é a primeira vez que os cientistas demonstram um novo método que pode ser usado para tecnologias quânticas acústicas ou redes fotônicas integradas complexas.
O físico Prof. Hubert Krenner, que dirige o estudo em Münster e Augsburg, disse, “Nossa equipe conseguiu agora gerar fótons individuais em um chip do tamanho de uma unha e depois controlá-los com uma precisão sem precedentes, cronometrados com precisão por meio de ondas sonoras. "
O Dr. Mauricio de Lima, que pesquisa na Universidade de Valência e coordena os trabalhos ali realizados, acrescenta: “O princípio funcional do nosso chip era conhecido por nós no que diz respeito à luz laser convencional, mas agora, usando quanta de luz, conseguimos fazer o tão desejado avanço rumo à tecnologias quânticas. "
No estudo, os cientistas fabricaram um chip com “caminhos condutores” minúsculos para quanta de luz – os chamados guias de onda. São aproximadamente 30 vezes mais finos que o cabelo humano. O chip também contém fontes de luz quântica, as chamadas pontos quânticos.
O Dr. Matthias Weiß, da Universidade de Münster, realizou os experimentos ópticos e acrescentou: “Esses pontos quânticos, de apenas alguns nanômetros de tamanho, são ilhas dentro dos guias de onda que emitem leve como fótons individuais. Os pontos quânticos estão incluídos no nosso chip, por isso não precisamos usar métodos complicados para gerar fótons individuais por meio de outra fonte.”
Dominik Bühler, que projetou os chips quânticos como parte de seu doutorado. da Universidade de Valência, aponta o quão rápida é a tecnologia: “Ao usar ondas sonoras em nanoescala, podemos alternar diretamente os fótons no chip entre duas saídas a uma velocidade sem precedentes durante sua propagação nos guias de onda.”
Dr. Mauricio de Lima, com vistas ao futuro, disse: “Já estamos trabalhando arduamente para aprimorar nosso chip para que possamos programar o estado quântico dos fótons como quisermos ou até mesmo controlar vários fótons com cores diferentes entre quatro ou mais saídas.”
Prof. Hubert Krenner acrescenta, “Nós nos beneficiamos aqui de uma força única que nossas ondas sonoras em nanoescala têm: como essas ondas se propagam praticamente sem perdas na superfície do chip, podemos controlar perfeitamente quase quantos guias de onda quisermos com apenas uma única onda – e de forma extremamente alto grau de precisão.”
Referências do periódico:
- Dominik D. Bühler, Matthias Weiß, Antonio Crespo-Poveda, Emeline DS Nysten, Jonathan J. Finley, Kai Müller, Paulo V. Santos, Mauricio M. de Lima Jr., HJ Krenner (2022): Geração on-chip e dinâmica rotação piezo-optomecânica de fótons únicos. Comunicações da Natureza 13, DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9
