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Eletrônica

Catraca para luz força fótons a passarem um de cada vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/10/2020

Catraca para luz força fótons a passarem um de cada vez
Átomos enfileirados funcionam como porteiros para os fótons, controlando sua passagem.
[Imagem: LUH]

Emissores de fótons únicos

Físicos criaram uma espécie de catraca para a luz, um mecanismo que força as partículas de luz - os fótons - a passarem apenas uma de cada vez por uma fibra óptica.

O mecanismo é simples e pode complementar ou mesmo ser uma alternativa aos emissores de fótons únicos, componentes essenciais para a computação e a criptografia quânticas, assim como para o uso da luz para o processamento de dados e para sistemas mais avançados de transmissão de informações.

As fibras ópticas, por exemplo, são espécies de "rios", onde fluxos de partículas de luz navegam de forma completamente independentes uns dos outros - é virtualmente impossível prever o momento exato da chegada de um fóton, por exemplo, o que seria necessário para ler a informação gravada em uma partícula individual.

Até agora, têm sido usados emissores quânticos, ou emissores de fótons únicos, como fontes de fótons individuais, que podem então ser manipulados um a um - para gravar e ler informações.

Quando o emissor quântico é excitado com laser e apresenta fluorescência, ele sempre emitirá exatamente um fóton a cada salto quântico. Para esse tipo de fonte, ainda é um desafio injetar com eficiência os fótons emitidos em uma fibra óptica, a fim de enviar o maior número possível de informações ao receptor.

Catraca para luz força fótons a passarem um de cada vez
Esquema de funcionamento da catraca para fótons.
[Imagem: Adarsh S. Prasad et al. - 10.1038/s41566-020-0692-z]

Catraca para controlar fótons

Adarsh Prasad e seus colegas da Alemanha, Áustria e Dinamarca fizeram isso criando o que eles chamam de "catraca de luz", uma técnica para ordenar os fótons e fazer com que seu tempo de partida e chegada possa ser controlado e calculado com precisão.

A catraca consiste em uma interface luz-átomo, na qual átomos presos por pinças ópticas dentro de uma fibra em nanoescala recebem a luz de um lado e controlam a saída dos fótons pelo outro lado da nanofibra.

Quando cerca de 150 átomos ficam presos perto da nanofibra, a luz transmitida consiste praticamente apenas de fótons isolados. Assim, coletivamente, os átomos funcionam como uma catraca para os fótons, assim como uma catraca comum controla um fluxo de pessoas.

Surpreendentemente, o efeito foi diferente quando o número de átomos foi aumentado: Então os átomos deixam os fótons passarem preferencialmente em pares.

Este novo mecanismo cria uma maneira completamente nova de construir fontes de fótons únicos de alto brilho e já integradas à fibra óptica.

Ao mesmo tempo, o princípio de funcionamento demonstrado pode ser aplicado a amplas faixas do espectro eletromagnético, de micro-ondas a raios X, abrindo a possibilidade de gerar fótons únicos em faixas espectrais para as quais não existem fontes disponíveis hoje.

Bibliografia:

Artigo: Correlating photons using the collective nonlinear response of atoms weakly coupled to an optical mode
Autores: Adarsh S. Prasad, Jakob Hinney, Sahand Mahmoodian, Klemens Hammerer, Samuel Rind, Philipp Schneeweiss, Anders S. Sørensen, Jürgen Volz, Arno Rauschenbeutel
Revista: Nature Photonics
DOI: 10.1038/s41566-020-0692-z





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