Lente quântica faz casamento coletivo de fótons

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/09/2022

A lente quântica já em testes (a pequena estrutura no centro, iluminada por um laser verde).
[Imagem: Craig Fritz/Sandia National Laboratories]

Casamento de fótons

Uma espécie de lente ultrafina promete tornar as futuras tecnologias de computação, sensoriamento e criptografia notavelmente menores e mais poderosas ao permitir controlar um fenômeno estranho, mas muito útil, da mecânica quântica.

Esta lente - na verdade um tipo de material sintético chamado metassuperfície - abre caminho para entrelaçar fótons de maneiras complexas que hoje não são possíveis com tecnologias compactas.

De fato, essa superfície especial pode substituir uma sala inteira de equipamentos, necessários hoje para interligar fótons em um efeito quântico bizarro, chamado entrelaçamento. Quando entrelaçados, os dois fótons ficam inextrincavelmente interligados - mesmo que cada um vá para um extremo da galáxia, tudo o que acontecer a um afetará imediatamente o outro.

Cientistas do Laboratório Nacional Sandia (EUA) e do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (Alemanha) criaram agora uma maneira fazer esse casamento entre fótons usando um componente minúsculo e simples, dispensando todos os aparatos complexos e de difícil calibração usados hoje.

Casamento quântico coletivo

Uma metassuperfície - ou um metamaterial plano - é um material sintético que interage com a luz e outras ondas eletromagnéticas de maneiras que os materiais naturais não conseguem.

"Agora você já consegue substituir lentes e elementos ópticos grossos por metassuperfícies. Esses tipos de metassuperfícies vão revolucionar os produtos de consumo," disse Igal Brener, que já havia usado esta mesma tecnologia para criar um espelho magnético.

A metassuperfície é esculpida em um semicondutor chamado arseneto de gálio e então aplicada sobre uma placa de vidro, para ter uma sustentação transparente.

Quando um laser passa através dela, todos os campos ópticos são embaralhados de tal forma que o que sai do outro lado é uma complexa teia de átomos entrelaçados - não apenas um par de fótons de cada vez, mas vários pares entrelaçados, e alguns que podem ser indistinguíveis uns dos outros. Em resumo, uma espécie de casamento quântico coletivo.

A lente é uma versão plana de um metamaterial.
[Imagem: Igal Brener/Sandia National Laboratories]

Multientrelaçamento

Outras tecnologias miniaturizadas, baseadas na fotônica do silício, também conseguem entrelaçar fótons, mas sem o nível de multientrelaçamento complexo tão necessário para a maioria das tecnologias quânticas. Até agora, a única maneira de produzir essas redes era com várias mesas cheias de lasers, cristais especializados e outros equipamentos ópticos.

"É bastante complicado e quase intratável quando esses emaranhamentos múltiplos precisam de mais do que dois ou três pares," disse Brener. "Estas metassuperfícies não lineares essencialmente realizam essa tarefa em um [componente integrado], quando antes seriam necessárias configurações ópticas incrivelmente complexas."

No entanto, os pesquisadores reconhecem que a eficiência de seu dispositivo - a taxa na qual ele gera grupos de fótons emaranhados - é menor do que a de outras técnicas, precisando por isso ser aprimorada.

Sobre a questão de as metassuperfícies revolucionarem os produtos de consumo, citada pelo pesquisador, é possível listar vários progressos recentes, entre os quais antenas de comunicações móveis além do 5G, isolantes acústicos, colheita de energia do ambiente, lentes planas para câmeras e até uma verdadeira "revolução da luz".

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