Cientistas do Instituto Weizmann selecionam fótons individuais
Dispositivos baseados no modelo do Instituto Weizmann podem ser a base dos futuros sistemas de comunicação quântica
No Instituto Weizmann de Ciência, pesquisadores conseguiram “colher” um único fóton — uma partícula de luz — de um pulso luminoso. As descobertas dessa pesquisa, que aparecem hoje na revista científica Nature Photonics, têm relevância prática e fundamental: a luz é o principal veículo dos sistemas de comunicação atuais, e os fótons individuais podem ser vistos como a base dos futuros sistemas de comunicação quântica.
Além do mais, segundo os cientistas, o sistema desenvolvido irá ajudar as pesquisas sobre a questão fundamental da natureza da luz enquanto partícula.
“Ao avançarmos em direção à comunicação quântica, as informações terão que ser codificadas como fótons individuais”, afirma o Dr. Barak Dayan, chefe do grupo de Óptica Quântica no Instituto Weizmann. “Cada fóton irá então representar um “qubit” único — um bit quântico que pode existir em mais de um estado ao mesmo tempo (por exemplo, uma combinação equivalente de 1 e 0).”
Dayan e sua equipe de pesquisadores, liderados pelo Dr. Serge Rosenblum e Orel Bechler, propuseram-se a demonstrar um esquema de extração de apenas um fóton a partir de um fluxo, de acordo com as necessidades. O mecanismo é baseado em um efeito físico que eles denominaram interação Raman de fóton único, ou SPRINT (na sigla em inglês), que se baseia num átomo único ou em um sistema do tipo atômico. “A vantagem da SPRINT”, afirma Dayan, “é que é completamente passiva — não requer campos de controle, precisando apenas da interação entre o átomo e o pulso óptico”. Em pesquisa anterior, Dayan e sua equipe empregaram a SPRINT como um comutador de fótons individuais que os enviava para diferentes trajetórias, criando dessa maneira um roteador fotônico. Nesse trabalho, o átomo se torna mais uma espécie de torneira do que um comutador, apanhando um fóton do fluxo e, em seguida, desligando-se. “Não é algo comum”, segundo Dayan, “ter um mecanismo que continue a funcionar mesmo com altos fluxos de fótons e conseguir remover apenas um deles.”
A configuração do experimento do grupo dedicado à óptica quântica no Weizmann se fundamenta em tecnologias de ponta: resfriamento a laser e coleta de átomos (neste caso, o rubídio), a fabricação, baseada em chips, de microesferas vítreas de alta-qualidade e nanofibras ópticas.
Ainda segundo Dayan, “A capacidade de desviar um único fóton de um fluxo pode ser aproveitada para diversos usos, desde a criação de estados de luz atípicos que serão úteis para a pesquisa científica básica, até à escuta de sistemas criptográficos quânticos imperfeitos que tenham por base fótons individuais, com vista a aumentar a segurança dos sistemas de comunicação quântica.
Foi Einstein, em 1905, quem inicialmente sugeriu a existência de fótons, embora muitas das suas propriedades só agora entejam vindo à luz. Dayan acredita que o novo método irá aumentar nossas capacidades de estudá-los e controlá-los enquanto partículas individuais.
A pesquisa do Dr. Barak Dayan é apoiada pelo fundo de fomento científico Benoziyo Endowment Fund for the Advancement of Science; o centro de estudos fotônicos Crown Photonics Center; a Fundação Rothschild Caesarea; e o Instituto Deloro de Pesquisa Avançada em Espaço e Óptica. O Dr. Dayan é responsável pela Cátedra de Desenvolvimento Profissional Joseph e Celia Reskin.
