Na câmara envolvida por cobre no centro desta configuração no Centre for Quantum Technologies em Cingapura, os fótons ricocheteiam em um único átomo. Controlar essas interações é importante para a computação quântica e metrologia. Crédito:Center for Quantum Technologies, Universidade Nacional de Singapura
Não é fácil refletir uma única partícula de luz em um único átomo com menos de um bilionésimo de metro de largura. Contudo, pesquisadores do Centre for Quantum Technologies da National University of Singapore mostraram que podem dobrar as chances de sucesso, uma inovação que pode ser útil em computação quântica e metrologia. Os resultados foram publicados 31 de outubro em Nature Communications .
Em seu experimento, pesquisadores Chin Yue Sum, Matthias Steiner e Christian Kurtsiefer dispararam um laser vermelho contra um átomo de rubídio cuidadosamente aprisionado. Eles compararam a quantidade de luz que se espalha quando a luz vem de apenas uma direção, versus quando se trata de dois.
"Se um átomo envia um fóton, o fóton pode ir em qualquer direção. Nossa ideia é que, para obter interações mais fortes entre fótons e átomos únicos, queremos reverter tudo o que o átomo faz. Então, aqui a iluminação vem de todas as direções, "explica Steiner.
Primeiro, eles focalizaram o laser vermelho através de uma lente de foco forte posicionada na frente do átomo. O átomo foi manobrado para ficar no ponto focal da lente. Nesta configuração, cerca de 1 em 5 dos fótons do laser ricocheteou no átomo.
Próximo, a equipe dividiu o feixe de laser, enviando meia volta na frente e meia volta atrás do átomo. Atrás, o laser novamente passou por uma lente de forte foco para alcançar o átomo.
Essa configuração de lente dupla é conhecida como microscopia 4Pi. É uma técnica de imagem de super-resolução inventada pelo Prêmio Nobel Stefan Hell. O nome vem da forma como os ângulos são descritos em três dimensões:quatro π descreve uma esfera completa.
Uma técnica de imagem chamada microscopia 4Pi aumenta a resolução imprensando a amostra entre duas lentes de foco forte. Pesquisadores quânticos mostraram que pegar emprestado esse truque da lente pode aumentar as interações entre os fótons e um único átomo. Crédito:Ale Cere / Center for Quantum Technologies, Universidade Nacional de Singapura
Com a luz vindo de ambos os lados, o átomo espalhou cerca de 2 em cada 5 fótons - o dobro do que foi visto com apenas uma lente.
O átomo não mudou apenas a direção dos fótons, mas também seu espaçamento. Na luz do laser, fótons são espaçados aleatoriamente, com alguns chegando próximos uns dos outros e outros separados por grandes lacunas. A equipe detectou que, depois de passar o átomo, era menos provável que os fótons chegassem juntos. Esta é a evidência de uma interação entre os átomos e fótons que é 'não linear'.
"Há muita física para investigar nas interações não lineares com fótons, "diz Chin. O efeito é crucial para o processamento de informações armazenadas na luz, por exemplo, em computação quântica óptica.
