Energia

Buracos de luz capturam superfóton e formam circuito quântico

Buracos de luz capturam superfóton e formam circuito quântico
O superfóton pode saltar de um poço para o outro de forma controlada, podendo funcionar como um qubit ou um bit de memória. [Imagem: David Dung, Universität Bonn]

Superfóton

Em 2010, uma equipe de físicos alemães criou um superfóton - essencialmente uma nova forma de luz.

As partículas de luz - fótons - são por definição pequenas porções indivisíveis. Mas milhares dessas porções de luz podem ser fundidas para formar um único superfóton quando são suficientemente concentradas e resfriadas. Os fótons individuais se fundem, tornando-se indistinguíveis uns dos outros. Os físicos chamam isso de um condensado de Bose-Einstein fotônico.

Agora, a mesma equipe usou o superfóton para criar um estado ainda mais exótico da luz, um "poço de luz". Na verdade, dois poços de luz, entre os quais a luz pode fluir de forma controlada, o que torna possível sua exploração em tecnologias como a comunicação e a computação quânticas.

"O que é especial nessa coisa é que construímos um tipo de poço quântico em vários formatos, entre os quais o condensado de Bose-Einstein pode fluir," disse o professor Martin Weitz, da Universidade de Bonn.

Poços de luz

O experimento original consistia em produzir o superfóton a partir de um laser. Entre os espelhos foi colocado um pigmento que retira energia do laser - ele esfria a luz conforme os fótons são absorvidos e logo novamente expelidos pelas moléculas do corante. Nesse processo os fótons se fundem, tornando-se indistinguíveis, formando o superfóton.

Agora a equipe misturou ao corante um polímero que muda seu índice de refração dependendo da temperatura. Assim, a rota da luz entre os espelhos vai se alterando, de modo que os fótons com maior comprimento de onda passam entre os espelhos quando a temperatura aumenta. E a extensão do caminho da luz entre os espelhos pode ser variada, uma vez o polímero pode ser aquecido através de uma camada de aquecimento muito fina controlada externamente.

A sensação é que a geometria do espelho se deforma, efetivamente formando um "buraco" para a luz - embora seja o índice de refração do polímero que está mudando. E parte do superfóton flui para esses poços aparentes - são dois espelhos no laser -, criando diferentes padrões de luz com perda muito baixa que capturam o condensado fotônico de Bose-Einstein.

Precursor de circuitos quânticos

A equipe investigou em detalhes a formação dos dois poços de luz vizinhos, controlados através do padrão de temperatura do polímero. Quando a luz nas duas cavidades ópticas permanece em um nível de energia semelhante, o superfóton flui de um poço para o outro.

"Isto é um precursor de circuitos quânticos ópticos," destaca Weitz. "Talvez até mesmo arranjos complexos, nos quais o emaranhamento quântico ocorra em interação com uma possível interação de fótons em materiais adequados, possam ser produzidos com esta configuração experimental".

Isso, por sua vez, seria o pré-requisito para uma nova técnica de comunicação quântica e mesmo para computadores quânticos totalmente fotônicos. "Mas isso ainda está muito distante," apressa-se em ressaltar Weitz.

Também distante, mas igualmente dentro das possibilidades, poderiam ser criados "superlasers", por exemplo, para trabalhos de soldagem altamente precisos.

Bibliografia:

Variable potentials for thermalized light and coupled condensates
David Dung, Christian Kurtscheid, Tobias Damm, Julian Schmitt, Frank Vewinger, Martin Weitz, Jan Klaers
Nature Photonics
DOI: 10.1038/nphoton.2017.139




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