Processador fotônico usa fótons individuais como bits

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/07/2016

Os fótons (em azul), vindos da direita, colidem em sucessão com o espelho parcialmente transparente do ressonador, que contém um único átomo de rubídio, simbolizado por uma esfera vermelha com orbitais de elétrons em amarelo.
[Imagem: Stephan Welte/MPQ]

Luz que processa

Nada parece rápido o suficiente ou impressionante o bastante para arrefecer os ânimos das equipes que trabalham no campo da computação quântica.

Há poucos dias, físicos alemães conseguiram fazer com que feixes de luz "sentissem" uns aos outros, o que promete eliminar os equipamentos intermediários entre a transmissão de dados por fibras ópticas e os computadores eletrônicos e, mais no futuro, viabilizar os computadores totalmente fotônicos, que não apenas trocam dados, mas também processam dados usando luz.

Agora, outra equipe também da Alemanha foi ainda mais fundo, construindo uma porta lógica que envolve não feixes de luz, mas fótons individuais, que podem assim funcionar como qubits, viabilizando o processamento de dados por luz.

Interação entre fótons

Os fótons são ideais para a transmissão de informações porque não interagem entre si, passando uns pelos outros sem perder suas informações. Isso, contudo, os torna pouco adequados para o processamento das informações, quando os bits precisam interagir uns com os outros.

Bastian Hacker superou este obstáculo usando uma terceira partícula auxiliar, um único átomo preso dentro de um ressonador óptico, que assume o papel de um mediador entre os dois fótons.

De forma independente, mas em rápida sucessão, os dois fótons atingem o ressonador, que consiste de dois espelhos de alta reflexividade e, no centro, um único átomo de rubídio aprisionado, formando um sistema fortemente acoplado.

O ressonador amplifica o campo luminoso do fóton, permitindo uma interação direta átomo-fóton. Como resultado, o estado atômico é alterado pelo fóton quando ele está sendo refletido pelo espelho. Essa alteração é detectada pelo segundo fóton quando ele chega ao espelho pouco tempo depois.

• Fóton individual é detectado sem ser destruído

CPU óptica

"Os dois fótons nunca estão no mesmo lugar ao mesmo tempo e, portanto, eles não veem uns aos outros diretamente. No entanto, conseguimos uma interação máxima entre eles," explica Bastian Hacker, do Instituto Max Planck de Óptica Quântica.

A equipe afirma que essa porta lógica de fótons pode viabilizar o processamento totalmente óptico de informações. "A distribuição de fótons através de uma rede quântica óptica permitiria ligar qualquer número de nós de rede e, assim, permitir a configuração de um computador quântico óptico escalável no qual a porta fóton-fóton desempenha o papel de uma unidade central de processamento (CPU)," explicou o professor Gerhard Rempe, coordenador da equipe.

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