Gerador de fótons para computadores quânticos agora cabe em um chip

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/12/2025

A simplicidade do dispositivo esconde o fato de ser esta uma das mais avançadas tecnologias quânticas - ela controla fótons individuais.
[Imagem: Zhi Hao Peng et al. - 10.1038/s41566-025-01781-3]

Gerador de fótons entrelaçados

No início deste ano, pesquisadores da Universidade de Colúmbia, nos EUA, miniaturizaram os geradores de fótons entrelaçados, um componente crítico das tecnologias quânticas.

O entrelaçamento quântico garante que tudo o que acontecer a um dos fótons do par afetará imediatamente o outro, independentemente da distância entre eles. E isso é ótimo porque permite controlar os qubits dos computadores quânticos sem nem mesmo precisar acessá-los diretamente, evitando a perda de dados.

O protótipo apresentado pela equipe naquela ocasião media apenas 3,4 micrômetros de espessura, o que já era suficiente para colocá-lo dentro de um chip.

Mas a equipe agora foi muito além, e diminuiu o gerador em mais de 20 vezes, construindo um gerador de fótons entrelaçados que mede meros 160 nanômetros, uma dimensão há pouco tempo tida como inatingível por qualquer tecnologia fotônica.

"O tamanho não importa para algo como uma caneta laser que você segura na mão. Mas, para tecnologias quânticas, como processadores quânticos, o tamanho se torna crucial," disse a pesquisadora Chiara Trovatello. "Esses dispositivos operam com bits quânticos, ou qubits. As fontes de qubits de última geração têm dimensões de vários centímetros, e centenas, senão milhares, delas são necessárias. Os dispositivos quânticos atuais ocupam salas inteiras em prédios, como nos primórdios dos computadores clássicos. Para tornar as tecnologias quânticas escaláveis, precisamos reduzir o tamanho das nossas fontes de qubits."

O sistema inteiro é fabricado no interior de um chip.
[Imagem: Zhi Hao Peng et al. - 10.1038/s41566-025-01781-3]

Metassuperfície 2D

O novo salto de miniaturização foi possível graças às metassuperfícies, geometrias artificiais que podem ser feitas em qualquer tamanho, e isso inclui criá-las por litografia sobre cristais ultrafinos, que passam então a contar com propriedades ópticas totalmente novas.

Na verdade, as metassuperfícies permitem introduzir até mesmo novas propriedades que não existem em materiais naturais. Para criar sua metassuperfície, a equipe removeu estrategicamente seções de átomos da estrutura cristalina periódica de um cristal. Isso criou novas geometrias periódicas que, por sua vez, geraram novas propriedades ópticas que podem ser controladas.

Especificamente, a metassuperfície desenvolvida pela equipe otimizou um fenômeno conhecido como geração de segundo harmônico, aumentando seu rendimento em quase 150 vezes. Na geração de segundo harmônico, dois fótons se fundem em um só, com o dobro da frequência e metade do comprimento de onda das partículas de luz originais. Mas a tecnologia em questão explora a recíproca desse fenômeno, usando-o no sentido inverso, dividindo um fóton, o que produz dois novos fótons entrelaçados.

As metassuperfícies têm estado na vanguarda do campo da fotônica, mas este é um dos primeiros dispositivos a combiná-las com um cristal 2D, além disso obtendo um efeito inesperadamente potente.

Os fótons são gerados em comprimentos de onda da faixa de telecomunicações, o que deve tornar essa luz prontamente integrável às redes e dispositivos de telecomunicações atuais, tudo em escala nanométrica. "Esta pode ser uma das fontes mais compactas de fótons entrelaçados nessa faixa de comprimento de onda. Nessas nossas dimensões, podemos realmente começar a pensar em fotônica quântica totalmente integrada em chips," disse o professor James Schuck.

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