Comunicação surpreendente entre átomos pode servir para computação quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/11/2020

Tudo é feito com lasers, do resfriamento dos átomos ao controle da sua comunicação. À direita, os qubits de rubídio brilhando fracamente dentro da câmara.
[Imagem: Yavuz Lab]

Átomos entrelaçados

Físicos descobriram como fazer com que átomos relativamente distantes uns dos outros se comuniquem diretamente, algo que até agora só havia sido observado em átomos muitos próximos.

Isso abre novas perspectivas para a geração de átomos entrelaçados - átomos que compartilham informações a grandes distâncias -, que funcionam como qubits para a computação e a comunicação quânticas.

"Construir um computador quântico é muito difícil, então uma das abordagens consiste em construir módulos menores que possam se comunicar entre si," explicou o professor Deniz Yavuz, da Universidade de Wisconsin-Madison, nos EUA. "Este efeito que estamos vendo pode ser usado para melhorar a comunicação entre esses módulos."

Primeiro, a equipe imobilizou um grupo de átomos de rubídio por resfriamento a laser. Em seguida, eles lançaram um laser no comprimento de onda de excitação do rubídio para energizar seus elétrons.

Tudo o que acontece depende da interação entre a luz e os elétrons que orbitam os átomos. Um elétron que seja atingido por um fóton de luz será energizado para um estado de energia mais alto. Mas os elétrons detestam o excesso de energia, de forma que eles a eliminam rapidamente, emitindo um fóton, em um processo conhecido como decaimento. Os fótons que os átomos liberam têm menos energia do que aqueles que energizaram o elétron - este é o mesmo fenômeno que faz com que alguns produtos químicos fiquem fluorescentes ou que algumas águas-vivas tenham um anel verde brilhante.

Átomos que conversam entre si

"Agora, o problema fica muito interessante se você tiver mais de um átomo," disse Yavuz. "A presença de outros átomos modifica o decaimento de cada átomo; eles conversam entre si."

Se um único átomo decai em um segundo, por exemplo, um grupo do mesmo tipo de átomo pode decair em menos - ou mais - de um segundo. O tempo depende das condições, mas todos os átomos decaem na mesma taxa, mais rapidamente ou mais lentamente.

Até agora, esse tipo de correlação só havia sido observado se os átomos estivessem a cerca de um comprimento de onda da luz emitida um do outro. Para os átomos de rubídio, isso significa estar dentro de um raio de 780 nanômetros, bem no limite entre o comprimento de onda da luz vermelha e infravermelha.

"No nosso caso, mostramos que os átomos podem estar até cinco vezes mais distantes do que o comprimento de onda e, ainda assim, esses efeitos de grupo são pronunciados - o decaimento pode ser mais rápido do que se o átomo estivesse lá sozinho, ou mais lenta," conta Yavuz. "A segunda coisa que mostramos é que, se você olhar para a dinâmica do tempo do decaimento, ela pode começar rápido e depois ficar mais lenta. Ela muda, e essa mudança nunca tinha sido vista antes."

A equipe já está analisando as aplicações práticas de suas descobertas para a computação quântica. Eles estão particularmente interessados em definir as condições experimentais que levam a diferentes tipos de estados correlacionados, que podem levar ao entrelaçamento e à transmissão eficiente de informações quânticas entre os átomos - ou entre os qubits.

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