Pesquisadores da University of Basel e da Ruhr University Bochum desenvolveram uma fonte de fótons únicos que podem produzir bilhões dessas partículas quânticas por segundo. Com sua eficiência recorde, a fonte de fótons representa um novo e poderoso bloco de construção para tecnologias quânticas.
A criptografia quântica promete comunicações absolutamente seguras. Um componente chave aqui são cadeias de fótons individuais. As informações podem ser armazenadas nos estados quânticos dessas partículas de luz e transmitidas por longas distâncias. No futuro, os processadores quânticos remotos se comunicarão uns com os outros por meio de fótons únicos. E talvez o próprio processador use fótons como bits quânticos para computação.
Um pré-requisito básico para tais aplicações, entretanto, é uma fonte eficiente de fótons únicos. Uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Richard Warburton, Natasha Tomm e Dra. Alisa Javadi da Universidade de Basel, juntamente com colegas de Bochum, agora relata na revista Nature Nanotechnology sobre o desenvolvimento de uma fonte de fóton único que ultrapassa significativamente os sistemas anteriormente conhecidos em termos de eficiência.
“Funil” guia as partículas de luz
Cada fóton é criado pela excitação de um único “átomo artificial” (um ponto quântico) dentro de um semicondutor. Normalmente, esses fótons deixam o ponto quântico em todas as direções possíveis e, portanto, uma grande fração é perdida. Na fonte de fótons agora apresentada, os pesquisadores resolveram esse problema posicionando o ponto quântico dentro de um “funil” para enviar todos os fótons em uma direção específica.
O funil é uma nova microcavidade que representa a verdadeira inovação da equipe de pesquisa: a microcavidade captura quase todos os fótons e os direciona para uma fibra óptica. Os fótons, cada um com cerca de dois centímetros de comprimento, emergem na extremidade de uma fibra óptica.
A eficiência de todo o sistema – isto é, a probabilidade de que a excitação do ponto quântico realmente resulte em um fóton utilizável – é de 57 por cento, mais do que o dobro das fontes anteriores de um único fóton. “Este é um momento realmente especial”, explica o autor principal Richard Warburton. “Há um ou dois anos sabemos o que é possível em princípio. Agora conseguimos colocar nossas idéias em prática.”
Aumento enorme no poder de computação
O aumento na eficiência tem consequências significativas, acrescenta Warburton: “aumentar a eficiência da criação de um único fóton por um fator de dois resulta em uma melhoria geral de um fator de um milhão para uma sequência de, digamos, 20 fótons. No futuro, gostaríamos de tornar nossa fonte de fóton único ainda melhor: gostaríamos de simplificá-la e buscar algumas de suas inúmeras aplicações em criptografia quântica, computação quântica e outras tecnologias. “
Publicado em 02/02/2021 09h07
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