Chip de safira faz fóton ter duas cores ao mesmo tempo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/07/2011

A "mesa óptica em um chip" é um circuito supercondutor dentro de um chip de safira com cerca de 6 milímetros de largura. Os cientistas usam o chip para colocar um único fóton de micro-ondas em duas frequências, ou cores, ao mesmo tempo.
[Imagem: D. Schmidt/NIST]

Cores que não se misturam

Azul com amarelo dá verde. Vermelho com amarelo dá laranja.

Isso, é claro, no nosso tradicional "mundo clássico".

No "mundo quântico", um fóton pode ser azul e amarelo ao mesmo tempo, sem se tornar verde. Ou vermelho e laranja, igualmente ao mesmo tempo, sem se tornar laranja.

A demonstração disso agora pode ser verificada dentro de um chip, construído por pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos.

Eles criaram um circuito supercondutor dentro de um chip que é capaz de colocar um fóton - uma única partícula de luz - em duas frequências, ou cores, ao mesmo tempo.

Chip de safira

Essa curiosa "superposição", um marco fundamental do mundo quântico, pode ser verificada em qualquer bom laboratório do ramo, em um experimento de óptica chamado divisor de fótons, em que um fóton é enviado por um de dois caminhos ao longo de uma complicada mesa cheia de lasers, lentes e espelhos.

Mas tudo pode ser mais simples, como o demonstrou agora a equipe do Dr. José Aumentado, ao criar um circuito supercondutor ajustável dentro de um chip de safira de alguns milímetros quadrados.

O novo circuito pode ser usado para criar e manipular diferentes estados quânticos, sendo, portanto, um protótipo de algo que a comunidade científica sonha há muito tempo: uma mesa óptica em um chip.

Computação quântica óptica

E, de grande interesse para a comunidade que busca desenvolver os computadores quânticos, o chip é o primeiro qubit linear para computação quântica óptica.

Esse tipo de computador quântico - há propostas de várias arquiteturas diferentes para computadores quânticos - propõe que o armazenamento das informações seja feito na rota de um feixe de luz ou na polarização (orientação) de fótons individuais.

Já o novo chip, que funciona na faixa das micro-ondas, representa uma demonstração prática do armazenamento de informações na frequência de um fóton - na sua cor.

Graças à superposição, uma cor pode ser um 0, e a outra cor um 1.

Manipulação da frequência do fóton

O chip supercondutor combina componentes utilizados em outros experimentos de computação quântica: uma fonte de fótons, uma cavidade que vibra em frequências definidas, e um componente de acoplamento chamado SQUID - dispositivo supercondutor de interferência quântica.

Os cientistas ajustaram as propriedades do SQUID para acoplar duas frequências de ressonância da cavidade e, em seguida, manipularam um fóton para fazê-lo oscilar entre diferentes superposições das duas frequências.

Por exemplo, o fóton pode alternar de proporções iguais (50/50) de ambas as frequências para uma proporção desigual (75/25).

O dispositivo funciona como uma armadilha que aprisiona o fóton em uma "caixa" (a cavidade), em vez de lidar com ele transmitindo-o ao longo de uma mesa óptica tradicional.

Mais tópicos