Eletrônica

Computação quântica: criado um canhão de fótons entrelaçados

Computação quântica: criado um canhão de fótons entrelaçados
O fenômeno do entrelaçamento quântico é tão bizarro que Einstein o chamou de "ação fantasmagórica à distância" - o que quer que aconteça com uma partícula afetará imediatamente a outra, qualquer que seja a distância que as separe. [Imagem: Jean-Louis Le Hir]

Entrelaçamento quântico

Na base de pesquisas e aplicações como a criptografia quântica, a computação quântica e até o teletransporte, está um fenômeno fascinante, conhecido como "entrelaçamento".

O fenômeno do entrelaçamento quântico é tão bizarro que Einstein o chamou de "ação fantasmagórica à distância" - ele ocorre quando as propriedades de duas partículas tornam-se interdependentes. O que quer que aconteça com uma partícula afetará imediatamente a outra, qualquer que seja a distância que as separe.

Mas entrelaçar partículas subatômicas, o que é essencial para desenvolver todas essas tecnologias futurísticas, é uma tarefa difícil e delicada, exigindo condições muito especiais de laboratório, ainda longe de aplicações práticas mais robustas.

Gerador de fótons entrelaçados

Agora, pesquisadores do instituto francês CNRS, criaram uma nova fonte de fótons entrelaçados que é 20 vezes mais potente do que todos os sistemas já desenvolvidos.

Essa espécie de "canhão de fótons entrelaçados" deverá incrementar consideravelmente a velocidade das comunicações quânticas e pode constituir um componente chave nos futuros processadores quânticos.

Normalmente os pesquisadores utilizam geradores de pares de fótons entrelaçados que são fáceis de operar, como um raio laser que transforma um fóton de uma cor em dois fótons entrelaçados de cores diferente.

Mas o rendimento desses sistemas é muito baixo: menos de 1 pulso em cada 100 disparados resulta em um par de fótons verdadeiramente entrelaçados, o que restringe sua aplicação prática. Além disso, os geradores a laser são grandes e estão longe de poderem ser integrados em microssistemas.

Molécula fotônica

Todos esses problemas foram resolvidos com o novo gerador, que é eficiente e ultra miniaturizado.

Os cientistas franceses criaram uma "molécula fotônica", um sistema no qual um ponto quântico semicondutor emite um par de fótons entrelaçados a cada pulso de excitação que incide sobre ele - na verdade, ele produz um par entrelaçado a cada oito pulsos, em comparação com a relação de 100 para 1 dos sistemas anteriores. Mas os pesquisadores afirmam que há espaço para melhorias, e é teoricamente possível atingir uma eficiência de 100%.

Pontos quânticos são nanocristais de material semicondutor, cujas dimensões normalmente estão ao redor dos 20 nanômetros. Com essas dimensões, um ponto quântico funciona como um "poço" de potencial, que confina as portadoras de carga nas três dimensões de um espaço tipicamente da ordem de dezenas de nanômetros. Este confinamento dá aos pontos quânticos propriedades similares às de um átomo.

Esta molécula fotônica é uma armadilha que captura cada um dos fótons do par entrelaçado e que permite que eles sejam recolhidos de forma eficiente.

O dispositivo demonstra a possibilidade de fabricar diodos eletroluminescentes capazes de emitir pares de fótons emaranhados com velocidade próxima a 1 gigahertz.

Bibliografia:

Ultrabright source of entangled photon pairs
Adrien Dousse, Jan Suffczyski, Alexios Beveratos, Olivier Krebs, Aristide Lemaitre, Isabelle Sagnes, Jacqueline Bloch, Paul Voisin, Pascale Senellart
Nature
8 July 2010
Vol.: 466, 277 (2010)
DOI: 10.1038/nature09148




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