Átomos cooperam à distância compartilhando luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/12/2013

Os átomos artificiais, postos ao longo de um guia de ondas unidimensional, comunicam-se e se sincronizam por meio da troca de fótons.
[Imagem: Barry Sanders]

Interação mediada por fótons

Dois átomos à distância podem se identificar e passar a se comportar de forma coletiva e coordenada, trocando informações por meio de luz.

Essa possibilidade quase mágica era teorizada há décadas pelos físicos que trabalham com as equações da mecânica quântica, mas ninguém havia documentado o fenômeno diretamente.

Trabalhando com átomos artificiais, a equipe do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça (ETH) e das universidades canadenses de Sherbrooke e Calgary conseguiram o intento.

O fenômeno, chamado "interação mediada por fótons", foi observado em um chip que aprisiona dois átomos artificiais em uma estrutura óptica unidimensional.

Os átomos se "cumprimentaram" e passaram a funcionar em conjunto, formando uma espécie de molécula, mesmo estando a mais de 2 centímetros um do outro - uma distância astronômica para as dimensões envolvidas nos sistemas quânticos.

Comunicação atômica

O chip supercondutor usado no experimento já havia sido utilizado para demonstrar que um computador quântico híbrido poderá utilizar qubits de átomos artificiais.
[Imagem: Barry Sanders]

Usando circuitos supercondutores, a equipe foi capaz de colocar os dois átomos artificiais em um guia de ondas e, em seguida, enviar um campo de micro-ondas através desse guia de ondas unidimensional.

A uma distância de cerca de 2 centímetros, os dois átomos artificiais formaram um tipo de molécula fracamente ligada por meio da troca de fótons, as "partículas" de luz.

"Nós também observamos como os circuitos supercondutores ou se sincronizavam para emitir radiação de forma mais eficiente, apresentando superradiância, uma fonte muito brilhante de radiação, ou aprisionavam a radiação, deixando os dois sistemas totalmente escuros, uma vez que ambos paravam de emitir fótons," explica o professor Andreas Wallraff.

Segundo ele, a demonstração desse efeito de "comunicação atômica" poderá ser útil no roteamento de informações quânticas ou no interior de processadores quânticos.

O experimento também mostra que é possível construir circuitos que apresentem um comportamento que não pode ser visto em sistemas quânticos naturais - como se esses comportamentos naturais já não fossem estranhos o bastante.

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