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Cientistas medem o formato de um fóton

Cientistas medem o formato de um fóton
Um fóton não é uma partícula e nem mesmo uma onda - ele é uma excitação de um campo eletromagnético, ou seja, é informação pura. [Imagem: M. Bellini/National Inst. of Optics]

Pesquisadores conseguiram pela primeira vez medir o complexo "formato" de um fóton, as assim chamadas "partículas" individuais da luz.

O feito teve a participação da brasileira Katiuscia Nadyne Cassemiro, professora da Universidade Federal de Pernambuco.

Informação pura

Em termos estritos, um fóton não é uma partícula e nem exatamente uma onda - ele é uma excitação de um campo eletromagnético.

Ou seja, um fóton é essencialmente "informação".

E, como tal, a medição de sua forma promete ajudar a criar novas formas de criptografar informações.

Os pesquisadores desenvolveram uma técnica para refinar as medições de uma série de fótons individuais que estão em estados idênticos, mas arbitrários.

Isso expande também as possibilidades de usar os complicados "estados internos da luz" para transmitir dados.

Formato de um fóton

Um pulso de luz tem uma grande gama de formatos possíveis, uma vez que sua forma é definida pelas amplitudes e fases de seus componentes de frequência.

Assim, é possível codificar informações no formato do fóton e transmiti-lo de um lugar para outro.

E a liberdade é tão grande que um único fóton pode não apenas representar qualquer letra do alfabeto, como até mesmo conter uma combinação quântica, uma superposição de várias letras.

O experimento agora realizado tem a ver com a leitura desse fóton, quando ele chega ao destino, o que é necessário para retirar dele a informação que ele carrega.

Mistura de luzes

A técnica consiste em misturar o fóton a ser medido com um pulso de laser, permitindo que o fóton e o pulso interfiram mutuamente, reforçando ou cancelando um ao outro, dependendo do seu formato - quanto mais parecidos, maior é a probabilidade de detectar o formato preciso do fóton.

A equipe otimizou o método repetindo a mixagem várias vezes, com fótons idênticos, e redesenhando periodicamente o pulso de laser com base nas medições anteriores.

Finalmente, eles demonstraram que a técnica permite a recuperação de informações intencionalmente codificadas nos complexos estados de um fóton individual.

Bibliografia:

Adaptive Detection of Arbitrarily Shaped Ultrashort Quantum Light States
C. Polycarpou, Katiuscia Nadyne Cassemiro, G. Venturi, A. Zavatta, M. Bellini
Physical Review Letters
Vol.: 109, 053602
DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.053602




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