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Controlar a frequência de fótons individuais é um aspecto crítico das comunicações e da computação quântica.
Engenheiros de Universidade de Yale desenvolveram uma nova técnica para controlar a frequência de fótons únicos.
A capacidade de controlar a frequência de fótons únicos é crucial para concretizar o potencial das comunicações quânticas e Computação quântica. Os métodos atuais para mudar fóton frequência, no entanto, trazem consigo desvantagens significativas.
Pesquisadores do laboratório de Hong Tang, Llewellyn West Jones, Jr. Professor de Engenharia Elétrica e Física, desenvolveram uma técnica que evita esses obstáculos. Os resultados do seu trabalho são publicados hoje em Fotônica da Natureza. Linran Fan, Ph.D. estudante no laboratório de Tang, é o autor principal.
Atualmente, a técnica mais comum para manipular a frequência dos fótons é conhecida como efeitos ópticos não lineares, nos quais um laser atua essencialmente como uma bomba, alterando a frequência do fóton, fornecendo fótons extras para se misturar com o original. O efeito é fraco e probabilístico, portanto o processo requer um laser muito forte, que cria “ruído” – a perda de certas propriedades quânticas.
Usando uma técnica completamente diferente, o laboratório Tang demonstrou a capacidade de alterar a frequência dos fótons em até 300 GHz sem criar qualquer ruído. Em vez de usar efeitos ópticos não lineares, os investigadores alteram a frequência do fotão alterando o meio de propagação do fotão – o material no qual a luz viaja. A estrutura que guia a luz, conhecida como guia de ondas, é rapidamente modificada enquanto o fóton está nela. Isso permite que os pesquisadores estiquem ou comprimam o fóton e alterem sua frequência. É um processo difícil, disse Fan, porque os investigadores precisam de alterar a estrutura o suficiente numa escala de tempo muito pequena, e a mudança deve acontecer exactamente quando o fotão entra no guia de ondas.
“Utilizamos micro-ondas e o efeito piezoelétrico, que transforma a energia de micro-ondas em estresse mecânico, para alterar a estrutura do guia de ondas”, disse Fan. “Não precisamos da bomba óptica, por isso não criamos nenhum fóton de ruído.”
Referência: “Deslocador de frequência optomecânico integrado de fóton único” por Linran Fan, Chang-Ling Zou, Menno Poot, Risheng Cheng, Xiang Guo, Xu Han e Hong X. Tang, 31 de outubro de 2016, Fotônica da Natureza.
DOI: 10.1038/nphoton.2016.206