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Memória óptica armazena e recupera pulsos de luz individuais

Memória óptica armazena e recupera pulsos de luz individuais
Esquema do experimento, no qual um pulso de luz é parcialmente transmitido, causando o surgimento de um "eco", na forma de outro fóton. [Imagem: ANU]

Pesquisadores australianos descobriram uma forma de armazenar e "ecoar" pulsos de luz, permitindo que disparos de raios laser funcionem como uma memória óptica, uma técnica que poderá viabilizar a criptografia quântica a grandes distâncias.

Criptografia quântica

A criptografia quântica está sendo desenvolvida para garantir o envio seguro de informações, que são codificadas em feixes de luz de uma forma que impede que algum usuário não-autorizado possa lê-la sem ser detectado.

Atualmente, os sistemas de segurança baseados na criptografia quântica funcionam bem em distâncias de no máximo 100 quilômetros. Acima disso, a perda de informações é muito grande, inviabilizando sua utilização prática.

Hub quântico

Isso agora pode mudar com a descoberta feita pelos pesquisadores da Universidade Nacional da Austrália, que descobriram como os "ecos" dos fótons podem ser usados para criar um dispositivo de memória quântica - o que significa que a luz pode ser capturada, armazenada e liberada quando necessário.

Esse dispositivo poderá se transformar em um repetidor (um hub) quântico, fazendo para as redes quânticas o que os hubs tradicionais fazem para as redes ethernet - reforçar os sinais para que eles atinjam distâncias maiores.

Memória óptica

"A luz é um meio fantástico para transferir quantidades imensas de informação de forma muito rápida, mas ela não gosta de ficar no mesmo lugar por muito tempo," explica o Dr. Ben Buchler, coordenador da pesquisa.

"Este é o problema da memória óptica - como manter a informação codificada na luz em um determinado local para que você possa acessá-la mais tarde. Um método possível é diminuir a velocidade da luz de forma tão eficiente que equivalha a congelá-la num lugar por um determinado tempo. A forma que exploramos é absorver a luz em uma nuvem de átomos, que você pode depois manipular para que ela libere a luz quando você quiser," diz Buchler.

A nuvem de átomos fica circundada por uma bobina, criando um campo magnético que altera a frequência dos átomos. Depois de absorver os pulsos de laser, todos os átomos começam a girar a diferentes velocidades, dependendo de sua frequência.

Se o campo magnético é revertido, todos os átomos mudam de direção, passando a girar na direção oposta. Quando o giro dos átomos retorna para o estado em que estavam quando absorveram a luz, o pulso original de laser é liberado como se fosse um eco dos fótons originais.

Memória óptica armazena e recupera pulsos de luz individuais
Este é o aparato necessário para a demonstração da memória óptica. [Imagem: ANU]

Esticando e comprimindo a luz

"Mas nós fomos um pouco além disso," explica o Dr. Buchler. "Nós também esticamos, comprimimos e dividimos os pulsos quando eles são liberados. Melhor de tudo, nós podemos recuperar os fótons em qualquer ordem, exatamente como uma memória de acesso aleatório de um computador."

Para atingir esse grau de flexibilidade, os pesquisadores usaram um segundo feixe de laser para ligar e desligar a liberação dos ecos dos fótons.

Em um experimento básico com a nuvem de átomos, assim que o giro dos átomos é revertido para a sua forma original, eles começam a liberar os fótons de maneira automática, sem que nada possa parar essa liberação.

"Em nosso sistema, a combinação do feixe de controle e do campo magnético torna possível escolher exatamente quando recuperar qualquer um dos pulsos armazenados, quantos deles devem ser recuperados e em que velocidade," diz o Dr. Buchler.

O rendimento desta primeira versão do experimento é de 40%. Isto é extremamente promissor como uma prova de conceito, demonstrando que há espaço para melhoramentos que possam viabilizar o uso prático do hub quântico no futuro.

Bibliografia:

Coherent optical pulse sequencer for quantum applications
Mahdi Hosseini, Ben M. Sparkes, Gabriel Hetet, Jevon J. Longdell, Ping Koy Lam, Ben C. Buchler
Nature
Vol.: 461, 241-245
DOI: 10.1038/nature08325




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