p No reino quântico, sob algumas circunstâncias e com os padrões de interferência corretos, a luz pode passar por meios opacos. p Essa característica da luz é mais do que um truque matemático; memória quântica óptica, armazenamento óptico e outros sistemas que dependem de interações de apenas alguns fótons por vez dependem do processo, chamada de transparência induzida eletromagneticamente, também conhecido como EIT.

p Devido à sua utilidade em tecnologias quânticas e ópticas existentes e emergentes, pesquisadores estão interessados ​​na capacidade de manipular EIT sem a introdução de uma influência externa, como fótons adicionais que poderiam perturbar o sistema já delicado. Agora, pesquisadores da McKelvey School of Engineering da Washington University em St. Louis desenvolveram um sistema de ressonador óptico totalmente contido que pode ser usado para ligar e desligar a transparência, permitindo uma medida de controle que tem implicações em uma ampla variedade de aplicativos.

p O grupo publicou os resultados da pesquisa, conduzido no laboratório de Lan Yang, o professor Edwin H. e Florence G. Skinner no Departamento de Engenharia Elétrica e de Sistemas Preston M. Green, em um artigo intitulado Electromagnetically Induced Transparency at a Chiral Exceptional Point, na edição de 13 de janeiro de Física da Natureza .

p Um sistema ressonador óptico é análogo a um circuito ressonante eletrônico, mas usa fótons em vez de elétrons. Os ressonadores vêm em diferentes formas, mas todos eles envolvem material reflexivo que captura a luz por um período de tempo conforme ela salta para frente e para trás entre ou ao redor de sua superfície. Esses componentes são encontrados em qualquer coisa, desde lasers a dispositivos de medição de alta precisão.

p Para sua pesquisa, A equipe de Yang usou um tipo de ressonador conhecido como ressonador de modo de galeria sussurrante (WGMR). Funciona de maneira semelhante à galeria de sussurros da Catedral de São Paulo, onde uma pessoa de um lado da sala pode ouvir uma pessoa sussurrando do outro lado. O que a catedral faz com o som, Contudo, Os WGMRs fazem com a luz - capturando a luz à medida que ela reflete e salta ao longo do perímetro curvo.

p Em um sistema idealizado, uma linha de fibra óptica se cruza com um ressonador, um anel feito de sílica, em uma tangente. Quando um fóton na linha encontra o ressonador, ele se precipita, refletindo e propagando ao longo do anel, saindo na fibra na mesma direção que foi inicialmente dirigida.

p Realidade, Contudo, raramente é tão limpo.

p "A fabricação em ressonadores de alta qualidade não é perfeita, "Yang disse." Sempre há algum defeito, ou poeira, que espalha a luz. "O que realmente acontece é que parte da luz espalhada muda de direção, deixando o ressonador e voltando na direção de onde veio. Os efeitos de dispersão dispersam a luz, e não sai do sistema.

p Imagine uma caixa ao redor do sistema:se a luz entrou na caixa pela esquerda, então saiu pelo lado direito, a caixa pareceria transparente. Mas se a luz que entrou foi espalhada e não conseguiu sair, a caixa pareceria opaca.

p Como as imperfeições de fabricação em ressonadores são inconsistentes e imprevisíveis, a transparência também. A luz que entra em tais sistemas se espalha e, por fim, perde sua força; é absorvido pelo ressonador, tornando o sistema opaco.

p No sistema desenvolvido pelos co-primeiros autores Changqing Wang, um Ph.D. candidato, e Xuefeng Jiang, um pesquisador no laboratório de Yang, há dois WGMRs indiretamente acoplados por uma linha de fibra óptica. O primeiro ressonador é de maior qualidade, tendo apenas uma imperfeição. Wang adicionou um minúsculo material pontiagudo que age como uma nanopartícula ao ressonador de alta qualidade. Ao mover a partícula improvisada, Wang foi capaz de "afiná-lo", controlando a forma como a luz dentro se espalha.

p Mais importante, ele também foi capaz de ajustar o ressonador para o que é conhecido como um "ponto excepcional, "um ponto em que um e apenas um estado pode existir. Neste caso, o estado é a direção da luz no ressonador:sentido horário ou anti-horário.

p Para o experimento, os pesquisadores direcionaram a luz para um par de ressonadores indiretamente acoplados da esquerda (veja a ilustração). A onda de luz entrou no primeiro ressonador, que foi "ajustado" para garantir que a luz viajasse no sentido horário. A luz ricocheteou em torno do perímetro, então saiu, continuando ao longo da fibra até o segundo, ressonador de qualidade inferior.

p Lá, a luz foi espalhada pelas imperfeições do ressonador e parte dela começou a viajar no sentido anti-horário ao longo do perímetro. A onda de luz então voltou para a fibra, mas voltou em direção ao primeiro ressonador.

p Criticamente, os pesquisadores não usaram apenas a nanopartícula no primeiro ressonador para fazer as ondas de luz se moverem no sentido horário, eles também ajustaram de uma forma que, à medida que as ondas de luz se propagam para frente e para trás entre os ressonadores, um padrão especial de interferência se formaria. Como resultado desse padrão, a luz nos ressonadores foi cancelada, por assim dizer, permitindo que a luz viaje ao longo da fibra para passar, tornando o sistema transparente.

p Seria como se alguém iluminasse uma parede de tijolos - nenhuma luz passaria. Mas então outra pessoa com outra lanterna iluminou no mesmo local e, de repente, aquele ponto na parede ficou transparente.

p Uma das funções mais importantes - e interessantes - do EIT é sua capacidade de criar "luz lenta". A velocidade da luz é sempre constante, mas o valor real dessa velocidade pode mudar com base nas propriedades do meio pelo qual ela se move. No vácuo, a luz sempre viaja a 300, 000, 000 metros por segundo.

p Com EIT, as pessoas diminuíram a velocidade da luz para menos metros por segundo, Disse Wang. "Isso pode ter uma influência significativa no armazenamento de informações sobre a luz. Se a luz for desacelerada, temos tempo suficiente para usar as informações codificadas para computação quântica óptica ou comunicação óptica. "Se os engenheiros puderem controlar melhor a EIT, eles podem depender mais confiavelmente da luz lenta para essas aplicações.

p A manipulação do EIT também pode ser usada no desenvolvimento da comunicação de longa distância. Um ressonador de sintonia pode ser indiretamente acoplado a outro ressonador a quilômetros de distância ao longo do mesmo cabo de fibra óptica. "Você poderia mudar a luz transmitida ao longo da linha, "Yang disse.

p Isso pode ser crítico para, entre outras coisas, criptografia quântica.