Metassuperfcie vai produzir de qubits de luz at energia mecnica

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 29/07/2021

Metassuperfcie quntica

Ao contrrio do que normalmente acontece com previses tericas feitas na fsica, que podem levar dcadas para se materializar em experimentos, o campo dos metamateriais tem visto os clculos matemticos virarem prottipos em questo de meses.

A matemtica da ptica transformacional logo se materializou em mantos de invisibilidade, lasers de calor, microscpios com super-resoluo, materiais antichoque e at os quase ficcionais cristais do tempo – e isto apenas para citar as inovaes recentssimas nesse campo.

por isso que a comunidade da fsica e os engenheiros da computao quntica entraram em polvorosa com um artigo publicado por um trio de pesquisadores do Laboratrio Nacional Los Alamos, nos EUA.

Wilton Kamp e seus colegas mostraram como fabricar uma metassuperfcie – uma superfcie cheia de microantenas capazes de manipular a luz – capaz de controlar todas as propriedades dos qubits fotnicos, os bits qunticos de luz, que so os mais futursticos mas, ao menos at agora, os mais difceis de domar.

A estimativa que essa nova superfcie artificial poder impactar os campos da informao quntica, comunicaes, sensoriamento e imageamento e mesmo da coleta de energia.

Quem realmente manipula a luz so nanoantenas em formato de cruz.
[Imagem: Wilton J. M. Kort-Kamp et al. – 10.1103/PhysRevLett.127.043603]

Qubits de luz

A ideia principal por trs deste novo projeto dotar a metassuperfcie de propriedades moduladas no espao e no tempo, o que permitir manipular todos os graus de liberdade de cada fton individual.

As nanoantenas que formam a metassuperfcie, dispostas em um padro de cruzes rotacionadas umas em relao s outras, foram projetadas para manipular pulsos de laser ou pulsos eltricos. Quando um nico fton atinge a metassuperfcie, ele se divide em uma superposio de muitas cores, caminhos e estados de spin, ou seja, todos no chamado entrelaamento quntico – o que significa que um nico fton capaz de herdar todas essas diferentes propriedades ao mesmo tempo.

“Quando a metassuperfcie modulada com pulsos de laser ou eltricos, pode-se controlar a frequncia do nico fton refratado, alterar seu ngulo de trajetria, a direo do seu campo eltrico, bem como seu spin,” explicou o pesquisador Abul Azad.

Ao manipular essas propriedades, torna-se possvel codificar informaes em ftons que viajam dentro de uma rede, seja a rede que interliga bancos, computadores qunticos ou aquelas entre a Terra e os satlites de comunicaes. Codificar ftons particularmente desejvel no campo da criptografia quntica, porque impossvel bisbilhotar um fton sem alterar sua fsica fundamental, o que, se feito, alertaria o emissor e o receptor de que a informao foi comprometida.

Esta a proposta para usar a metassuperfcie para capturar os ftons virtuais que emergem do vcuo quntico e ento arremess-lo com o objetivo que se pretender.
[Imagem: Wilton J. M. Kort-Kamp et al. – 10.1103/PhysRevLett.127.043603]

Gerar energia a partir do vcuo quntico

Se j no fosse o bastante, a equipe agora pretende aprimorar sua metassuperfcie para que ela seja capaz de extrair ftons do vcuo quntico.

“O vcuo quntico no vazio, mas cheio de ftons virtuais fugazes. Com a metassuperfcie quntica modulada, possvel extrair e converter de maneira eficiente ftons virtuais em pares de ftons reais,” disse Wilton Kamp, membro da equipe.

De fato, pode-se dizer que a matria resultado das flutuaes do vcuo quntico, algo que j foi demonstrado gerando luz a partir do vcuo e at mesmo criando matria e antimatria a partir desse “nada” quntico”. Alm disso, j se sabe que essas partculas fugazes podem ser usadas para criar qubits para computadores qunticos.

E mais do que isso: Capturar os ftons que existem no vcuo e dispar-los em uma direo deve criar propulso na direo oposta. Da mesma forma, agitar o vcuo quntico deve criar movimento rotacional a partir de ftons torcidos. Assim, essa “luz quntica estruturada” poderia, no futuro, ser usada para gerar impulso mecnico, usando apenas pequenas quantidades de energia para impulsionar a metassuperfcie, prope a equipe.

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