Mais uma ferramenta para a computação quântica e transmissão de dados em alta velocidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/11/2004

Pesquisadores do Instituto Max Planck, Alemanha, afirmaram ter conseguido um nível de controle sem precedentes sobre a emissão de fótons individuais. Esse controle é necessário para se alcançar novos paradigmas na computação quântica, na fotônica e na transmissão digital de dados em altíssima velocidade.

A descoberta é uma prova da teoria formulada pelo cientista Max Planck, que dá nome ao instituto, segundo a qual a energia de uma onda eletromagnética - como a luz - não consiste de um fluxo contínuo, mas de pacotes discretos de energia, chamados fótons. Ou seja, o fóton é a unidade básica da luz.

Os fótons são emitidos pelos átomos de forma desordenada. Até hoje isto não tem sido um problema, já que em nosso mundo macroscópico nós somente experimentamos o efeito da luz como a soma de trilhões de fótons a cada segundo.

Mas quando os cientistas começaram a vislumbrar o potencial da computação quântica e a novas necessidades de aumento de velocidade na transmissão de dados ou mesmo de esquemas mais seguros de criptografia, eles logo viram que teriam que aprender a manipular a luz de forma mais precisa.

Na experiência, os cientistas utilizaram um único íon de cálcio, firmemente preso entre dois espelhos de ultra alta reflectividade. Os fótons foram emitidos um a um quando o íon recebeu pulsos precisos de raio laser.

Tanto o período de emissão quanto o formato do pulso são totalmente controláveis na experiência, que foi publicada no último exemplar da revista Nature, num artigo assinado pelos cientistas Matthias Keller, Birgit Lange, Kazuhiro Hayasaka, Wolfgang Lange e Herbert Walther.

Os cientistas já sabiam da possibilidade de se emitir fótons a partir de átomos aprisionados. Mas os experimentos com átomos não conseguem controlar sua posição na cavidade devido a limitações nas tecnologias de aprisionamento. Isto resulta em fótons emitidos aleatoriamente, sem controle de tempo, e com propriedades igualmente randômicas e imprevisíveis.

Os cientistas resolveram o problema dos átomos lidando com um íons, aprisionado em uma armadilha de rádio freqüência. Por meio de resfriamento a laser, ele conseguiram manter o íon em uma região de apenas 40 nanômetros de diâmetro. Isto é apenas uma fração do comprimento de onda dos fótons a serem gerados (866 nanômetros) e oferece condições ótimas para o controle da interação entre o íon e o campo magnético.

O aparato de emissão de fótons funciona continuamente enquanto os cientistas conseguem manter o íon de cálcio preso, algo que dura por algumas horas. Em contraste, as experiências com átomos somente conseguem mantê-los presos por cerca de um segundo. Uma aplicação prática, no futuro, irá exigir que os íons possam ser mantidos aprisionados indefinidamente.