Nanolâmpadas a postos para a computação com luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/08/2019

Bombardeando a molibdenita com íons de hélio, os físicos colocam fontes de luz em camadas de material atomicamente finas com uma precisão de apenas alguns nanômetros.
[Imagem: Christoph Hohmann/MCQST]

Lâmpadas quânticas

Para que os chips migrem da eletrônica para a fotônica, usando luz em vez de eletricidade, é necessário interligar as minúsculas fontes de luz com os demais componentes, o que significa trabalhar com precisão na escala dos nanômetros.

Foi justamente o que fez agora uma equipe da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, colocando nanolâmpadas em camadas de materiais atomicamente finos com uma precisão de poucos nanômetros.

E não se trata apenas de miniaturização: esta nova técnica viabiliza uma infinidade de aplicações em tecnologias quânticas, desde sensores quânticos e transistores ultraminiaturizados, até novas tecnologias de criptografia para transmissão de dados.

"Isto constitui um primeiro passo fundamental para os computadores quânticos ópticos," disse o pesquisador Julian Klein. "Porque, para aplicações futuras, as fontes de luz devem ser acopladas a circuitos de fótons, guias de onda, por exemplo, para possibilitar cálculos quânticos baseados em luz."

Precisão no posicionamento

O ponto crítico aqui é o posicionamento exato e controlável das fontes de luz. É possível criar fontes de luz quântica - que emitem fótons individuais bem caracterizados - em materiais tridimensionais, como diamante ou silício, mas a coisa vai brilhar "em algum lugar" nas proximidades, longe da exatidão necessária para sua interconexão com outros componentes.

Klein então usou uma camada do semicondutor molibdenita (dissulfeto de molibdênio, ou MoS2), com apenas três átomos de espessura, como material de suporte. Um feixe de íons de hélio permitiu focar em uma área de menos de um nanômetro, arrancando átomos de molibdênio ou de enxofre.

As imperfeições resultantes transformam-se em armadilhas para os chamados excitons, pares de elétrons-lacunas, que então emitem os fótons desejados.

Como as fontes de luz sempre têm o mesmo defeito subjacente no material, elas emitem fótons que são indistinguíveis uns dos outros, permitindo aplicações baseadas no princípio da mecânica quântica do entrelaçamento.

"É possível integrar nossas fontes de luz quântica com muita elegância em circuitos de fótons," diz Klein. "Devido à alta sensibilidade, por exemplo, é possível construir sensores quânticos para celulares e desenvolver tecnologias de criptografia extremamente segura para a transmissão de dados".

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