Entrelaçamento quântico pode ser feito entre partículas de luz e de som

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/11/2024

Visão artística dos fótons de um laser entrelaçados com uma onda sonora, ambas em movimento em um guia de ondas fotônico integrado (um chip).
[Imagem: Alexandra Genes]

Entrelaçamento de luz e som

Você já deve estar bem acostumado com o fenômeno do entrelaçamento quântico, pelo qual duas partículas ficam inextrincavelmente ligadas, influenciando-se mutuamente qualquer que seja a distância a que sejam levadas uma da outra - esse fenômeno está na base da computação quântica e de quase todas as demais tecnologias quânticas.

O trivial é que o entrelaçamento seja feito entre partículas do mesmo tipo. Como os fótons, quanta de luz, podem propagar-se extremamente rápido enquanto transportam informação quântica, o entrelaçamento de pares de fótons é o caminho mais trilhado.

Mas há outros caminhos que podem nos levar a lugares igualmente interessantes, e agora Changlong Zhu e colegas do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz, na Alemanha, acabam de idealizar um modo de fazer o entrelaçamento quântico entre partículas de luz e de som, ou seja, entre fótons e fônons acústicos.

E esse entrelaçamento híbrido demonstrou uma grande vantagem: Os pesquisadores conseguiram demonstrar que esse entrelaçamento é resiliente ao ruído externo, que é a maior deficiência de qualquer tecnologia quântica demonstrada até hoje - o ruído faz a correlação quântica simplesmente desaparecer, levando tudo por água abaixo.

O esquema de entrelaçamento proposto pode operar em temperaturas na casa das dezenas de Kelvin, o que é muito mais quente do que o exigido pelas abordagens padrão, que frequentemente empregam equipamentos caros, como refrigeradores de diluição.

Esquema de funcionamento do entrelaçamento entre luz e som.
[Imagem: Changlong Zhu et al. - 10.1103/PhysRevLett.133.203602]

Entrelaçamento optoacústico

No campo da fotônica, o entrelaçamento de fótons é fundamental para proteger métodos de comunicação e criptografia quânticas, ou esquemas de computação quântica. Os fótons, no entanto, são voláteis, o que torna desejável encontrar alternativas para certas aplicações mais sensíveis, como memórias e esquemas de repetidores quânticos, para reforçar os sinais conforme eles viajam por longas distâncias.

Uma dessas alternativas é o domínio acústico, onde os quanta são armazenados em ondas acústicas, ou sonoras, manifestadas em entidades conhecidas como fônons.

A equipe alemã agora identificou uma maneira particularmente eficiente na qual fótons podem ser entrelaçados com fônons acústicos. Quando essas duas entidades, muito diferentes entre si, viajam ao longo das mesmas estruturas fotônicas, os fônons se movem a uma velocidade muito mais lenta. O efeito subjacente é o efeito óptico não linear conhecido como espalhamento de Brillouin-Mandelstam, que é responsável por acoplar quanta em escalas de energia fundamentalmente diferentes.

O efeito é obtido aplicando pulsos de luz de bombeamento a guias de onda de última geração, gerando o processo Brillouin. Essa abordagem pulsada, em um sistema operando em um regime ortogonal às configurações optomecânicas mais tipicamente usadas, permite a geração de pares fóton-fônon entrelaçadas, particularmente resilientes a flutuações térmicas.

A possibilidade de implementar esse conceito de entrelaçamento híbrido em fibras ópticas ou chips fotônicos integrados torna esse mecanismo de particular interesse para uso em virtualmente todas as tecnologias quânticas modernas. "Propomos uma plataforma experimental onde a leitura do entrelaçamento optoacústico é feita pela detecção simultânea de fótons Stokes e anti-Stokes em uma configuração de duas bombas. O mecanismo proposto apresenta uma característica importante, pois não requer preparação inicial do estado fundamental quântico do modo fônon," concluiu a equipe.

Mais tópicos