A capacidade de interagir com a luz fornece funcionalidades importantes para sistemas quânticos, como a comunicação a grandes distâncias, uma habilidade fundamental para futuros computadores quânticos. No entanto, é muito difícil encontrar um material que possa explorar plenamente as propriedades quânticas da luz. Uma equipe de pesquisa do CNRS e da l’Université de Strasbourg, com apoio da Chimie ParisTech-PSL e em colaboração com equipes alemãs do KIT, demonstrou o potencial de um novo material baseado em terras raras como sistema quântico fotônico. Os resultados, publicados em 9 de março de 2022 na Nature, mostram o potencial dos cristais moleculares de európio para memórias quânticas e computadores.
Embora as tecnologias quânticas prometam uma revolução no futuro, elas ainda permanecem complexas para serem implementadas. Por exemplo, sistemas quânticos que podem interagir com a luz para criar funcionalidades de processamento de informação e comunicação através de fibra óptica em particular, permanecem raros. Tal plataforma deve idealmente incluir uma interface com unidades de armazenamento de luz e de informação, ou seja, uma memória. O processamento da informação também deve ser possível dentro dessas unidades, que assumem a forma de spin. O desenvolvimento de materiais que permitem uma ligação entre spins e luz no nível quântico provou ser especialmente difícil.
Uma equipe de cientistas do CNRS e da l’Université de Strasbourg, com apoio da Chimie ParisTech-PSL e em colaboração com equipes alemãs do KIT, demonstrou com sucesso o valor dos cristais moleculares de európio para comunicações e processadores quânticos, graças à sua ultra- transições ópticas estreitas permitindo interações ideais com a luz.
Esses cristais são o produto combinado de dois sistemas já usados na tecnologia quântica: íons de terras raras (como o európio) e sistemas moleculares. Cristais de terras raras são conhecidos por suas excelentes propriedades ópticas e de spin, mas sua integração em dispositivos fotônicos é complexa. Os sistemas moleculares geralmente carecem de spins (uma unidade de armazenamento ou computação) ou, pelo contrário, apresentam linhas ópticas muito amplas para estabelecer uma ligação confiável entre spins e luz.
Os cristais moleculares de európio representam um grande avanço, pois possuem larguras de linha ultra-estreitas. Isso se traduz em estados quânticos de longa duração, que foram usados para demonstrar o armazenamento de um pulso de luz dentro desses cristais moleculares. Além disso, foi obtido um primeiro bloco de construção para um computador quântico controlado por luz. Este novo material para tecnologias quânticas oferece propriedades inéditas e abre caminho para novas arquiteturas de computadores e memórias quânticas nas quais a luz terá um papel central.
Os resultados também abrem amplas perspectivas de pesquisa graças aos muitos compostos moleculares que podem ser sintetizados.
Publicado em 11/03/2022 00h28
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