Físicos fizeram a descoberta de um fenômeno denominado “respiração atômica”, uma forma de vibração mecânica entre duas camadas de átomos que tem o potencial de ser explorada para a transmissão de informações. Essa respiração dos átomos, marcada por pulsos ritmados, pode ser identificada através da análise da luz emitida por esses átomos quando estimulados por um laser.
Para evidenciar esse fenômeno, a equipe desenvolveu um dispositivo que poderia funcionar como um componente modular para tecnologias quânticas, com possíveis aplicações futuras em campos como computação, comunicações e desenvolvimento de sensores.
O professor Mo Li, da Universidade de Washington, explicou que isso introduz uma nova plataforma em escala atômica, que faz uso da “optomecânica”, onde luz e movimentos mecânicos estão intrinsecamente interligados. Essa abordagem possibilita um novo tipo de efeito quântico que pode ser empregado para controlar fótons individuais em circuitos ópticos integrados, trazendo diversas aplicações.
Os pesquisadores trabalharam com éxcitons para criar um emissor de fótons individuais, também conhecido como “emissor quântico”, um componente crítico para tecnologias baseadas em luz. Empilharam duas camadas finas de átomos de tungstênio e selênio, formando disseleneto de tungstênio (WSe2).
Por meio de um pulso laser preciso, um elétron é removido de um átomo de tungstênio, formando uma quasipartícula chamada éxciton – um éxciton consiste em um elétron (carga negativa) em uma camada do disseleneto de tungstênio e uma lacuna (carga positiva), o espaço deixado pelo elétron, na outra camada. Posteriormente, quando o elétron retorna à lacuna que ocupava inicialmente, o éxciton se dissipa, emitindo um único fóton. O fato intrigante é que esse fóton pode ser codificado com informações quânticas, resultando no emissor quântico desejado.
A pesquisadora Adina Ripin fez uma descoberta adicional, observando que os átomos de disseleneto de tungstênio também estavam emitindo uma quasipartícula diferente, chamada fônon. Esses fônons representam um quantum de vibração atômica, o que levou à analogia da “respiração”. As camadas atômicas funcionam como pequenas membranas de tambor, vibrando em relação uma à outra, gerando os fônons. Esta foi a primeira vez que os fônons foram observados em um emissor de fótons individuais em um sistema atômico bidimensional desse tipo.
Isso foi apenas o início, pois ao examinar o espectro do fóton emitido, Ripin notou múltiplos picos igualmente espaçados. Cada fóton emitido por um éxciton estava conectado a um ou mais fônons, ilustrando uma espécie de progressão de energia quântica, representada visualmente pelos picos igualmente espaçados no espectro.
(Foto: Adina Ripin)
Mecanismo de Informação Quântica
Os pesquisadores rapidamente perceberam que haviam encontrado um novo mecanismo para armazenar e transportar informações quânticas e decidiram testar a ideia. Mediante a aplicação de tensão elétrica ao sistema, eles conseguiram modificar a energia de interação entre os fônons associados e os fótons emitidos. Essas modificações podem ser medidas e controladas, possibilitando a codificação de informações quânticas em uma única emissão de fótons.
Tudo isso foi realizado em um sistema integrado, envolvendo apenas um pequeno número de átomos.
No próximo passo, a equipe planeja desenvolver um guia de ondas – fibras em um chip que capturam emissões de fótons individuais e as direcionam para locais específicos. O objetivo é expandir o sistema. Em vez de controlar apenas um emissor quântico por vez, a equipe deseja controlar diversos emissores e seus estados de fônon associados. Isso permitirá que os emissores quânticos interajam entre si, um passo em direção à criação de uma base sólida para circuitos quânticos.
“Nosso objetivo global é criar um sistema integrado com emissores quânticos que possam usar fótons únicos percorrendo circuitos ópticos e os recém-descobertos fônons para computação e detecção quântica,” disse Li. “Esse avanço certamente contribuirá para esse esforço e ajudará a impulsionar ainda mais o campo da computação quântica, que terá inúmeras aplicações no futuro.”
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2 Comentários
Olá Ademilson, muito bom o artigo, explicações acessíveis na medida do possível. Acho seu trabalho admirável! Entretanto, acho que falta explicitar e indicar quais foram os artigos científicos tomados como base. Claro que é tranquilo para verificar a origem da discussão pesquisando na internet. Porém muitos não tem o hábito da pesquisa, palavras-chaves, inglês..
Opa amigo! Muito obrigado pelo comentário e pela sugestão! Vamos abordar nos próximos artigos! Um abraço e ótima noite! 😉