p Alcançar uma forte interação luz-matéria no nível quântico sempre foi uma tarefa central na física quântica, desde o surgimento da informação quântica e do controle quântico. Contudo, a incompatibilidade de escala entre os emissores quânticos (nanômetros) e fótons (micrômetros) torna a tarefa desafiadora. Nanoestruturas metálicas resolvem a incompatibilidade comprimindo a luz em um volume em nanoescala, mas suas severas dissipações tornam improváveis ​​os controles quânticos. Agora, um grupo liderado por Xiao Yun-Feng na Universidade de Pequim (China) demonstrou teoricamente que a forte interação luz-matéria em nível quântico pode ser alcançada usando nanoestruturas metálicas projetadas por microcavidades. Este resultado foi publicado em uma edição recente da Cartas de revisão física . p O forte acoplamento é fundamental para implementar portas quânticas em computadores quânticos e também crucial para aumentar a razão sinal-ruído em aplicações de detecção. Para realizar um forte acoplamento, a força de interação coerente deve exceder as taxas de dissipação do sistema. Embora as nanoestruturas metálicas forneçam alta taxa de interação, as dissipações intrínsecas aos metais são geralmente ainda mais fortes. Como resultado, O forte acoplamento em nanoestruturas metálicas só foi realizado em condições experimentais extremas.

p Nesse trabalho, os pesquisadores relatam que a dissipação pode ser suprimida pela engenharia do ambiente eletromagnético de nanoestruturas metálicas. Uma microcavidade óptica fornece um ambiente eletromagnético não trivial que amplia substancialmente o canal de saída radiativa das nanoestruturas metálicas, guiando a energia para fora da região dissipativa e, assim, suprimindo as dissipações. Com essa interface, energia e informação podem ser guiadas para fora do único emissor quântico em alta velocidade e alta eficiência.

p "O modelo teórico mostra que estruturas metálicas projetadas por microcavidades podem aumentar a eficiência de radiação de um emissor quântico em 40 vezes e a taxa de emissão de radiação em 50 vezes, em comparação com nanoestruturas metálicas no vácuo ", disse Peng Pai, que era graduando na Universidade de Pequim e agora é Ph.D. estudante do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Mais importante, a troca reversível de energia entre o fóton e o emissor quântico na taxa THz pode ser alcançada, manifestando a forte interação luz-matéria no nível quântico.

p "Nossa abordagem para reduzir as dissipações não é restrita pela escala, forma, e material das nanoestruturas metálicas, "disse o professor Xiao." Em combinação com as abordagens anteriores, é promissor para construir a interface de matéria leve de última geração em nanoescala usando nanoestruturas metálicas projetadas por microcavidade, fornecendo uma nova plataforma para o estudo da plasmônica quântica, processamento de informação quântica, detecção precisa e espectroscopia avançada. "