Transístor de um único fóton cria um bit de pura luz

Agência FAPESP - 28/08/2007

Cientistas do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague (Dinamarca) e da Universidade Harvard (Estados Unidos) desenvolveram uma teoria que descreve como podem ser criados os transistores necessários para os computadores quânticos do futuro. A pesquisa acaba de ser publicada na edição on-line da revista Nature Physics.

Saem os elétrons, entram os fótons

Segundo os cientistas, os computadores quânticos seriam capazes de resolver tarefas tão complexas que revolucionariam as possibilidades de aplicação. Mas há sérias dificuldades para que eles se tornem realidade. Uma delas se refere aos transistores que processam os sinais.

Hoje, o sinal processado consiste em uma corrente elétrica. Para o computador quântico, o sinal poderia ser óptico, funcionando com o uso de um único fóton (menor componente da luz). "O problema é que, para funcionar, os fótons precisam se encontrar e 'conversar'. E os fótons interagem muito raramente", disse o físico Anders Søndberg Sørensen, do Instituto Niels Bohr.

Luz que colide

Ele explica que a luz não funciona como nos filmes da série Guerra nas Estrelas, em que os personagens lutam com sabres de luz que se entrechocam. "Isso é pura ficção e não pode ocorrer. Quando dois raios de luz se encontram e se cruzam, eles se atravessam mutuamente. Isso se chama óptica linear", disse.

O sinal óptico do computador quântico, no entanto, utilizaria óptica não-linear. Isso significa que os fótons colidiriam uns com os outros e poderiam se afetar mutuamente. "É algo muito difícil de se fazer na prática", disse Sørensen. Os fótons são tão pequenos que é praticamente impossível fazer com que batam uns nos outros. A não ser que se possa controlá-los - e esse é o objeto da teoria dos autores do estudo.

Disparando fótons

Em vez de disparar dois fótons de direções diferentes e tentar provocar o choque entre eles, o objetivo dos pesquisadores é utilizar um átomo como intermediário. De acordo com as leis da física, o átomo pode absorver apenas um fóton. Se dois fótons forem dirigidos para o átomo, deverão ali colidir - é exatamente o que querem.

O átomo, no entanto, é pequeno e difícil de atingir. Portanto, os fótons precisam ser focalizados com muita precisão. Um experimento anterior verificou que microondas poderiam ser focalizadas em um átomo por meio de um nanofio supercondutor. Com isso, levantou-se a idéia de que o mesmo poderia ocorrer com a luz visível.

Fótons-bits

O modelo teórico mostra que a idéia funciona. O átomo é trazido para perto do nanofio. Dois fótons são enviados em direção ao átomo e, quando o atingem, ocorre uma interação entre eles, na qual um compartilha informação com o outro.

A informação é enviada em bits e a ordem dos dígitos (1 ou 0) produz a mensagem. Hoje, pode-se enviar informação por meio de um cabo óptico e cada bit é feito de milhões de fótons. Na ótica quântica, cada bit corresponde a um único fóton. O fóton recebe sua mensagem e o sinal continua em seu caminho. De acordo com os autores do trabalho agora publicado, esse é um importante passo no caminho para construir o transístor de fótons para um computador quântico.

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