As quatro lentes circundam o ressonador e são usadas para focalizar os feixes de laser que mantêm o átomo no ressonador e para observar o átomo. Crédito:Miguel Martinez-Dorantes / Universidade de Bonn
Suponhamos que você pudesse vender os olhos do astro do futebol alemão Timo Werner e girá-lo várias vezes sobre seu próprio eixo. Então você pede a ele para dar um tiro às cegas. Seria extremamente improvável que ele acertasse o gol.
Mesmo assim, os físicos de Bonn conseguiram atingir uma pontuação de 90% em uma situação semelhante. Contudo, seu jogador era quase 10 bilhões de vezes menor que o atacante estrela alemão - e muito menos previsível.
Era um átomo de rubídio que os pesquisadores irradiaram com luz laser. O átomo absorveu a energia da radiação e entrou em um estado de excitação. Isso tem uma vida útil definida. O átomo posteriormente libera a energia absorvida ao emitir uma partícula de luz:um fóton.
A direção em que esse fóton voa é mera coincidência. Contudo, isso muda quando o rubídio é colocado entre dois espelhos paralelos, porque então o átomo prefere atirar em um dos espelhos. No exemplo com Timo Werner, seria como se o gol atraísse a bola magicamente.
Esse fenômeno é denominado efeito Purcell. Sua existência foi descoberta há várias décadas. "Agora usamos o efeito Purcell para a emissão direcionada de fótons por um átomo neutro, "explica o Dr. Wolfgang Alt, do Instituto de Física Aplicada da Universidade de Bonn.
A imagem mostra as duas fibras de vidro (centro superior). Suas extremidades são revestidas de forma reflexiva de modo que formam um chamado ressonador. O átomo de rubídio é inserido entre eles. Depois da excitação, ele então irradia os fótons principalmente na direção dos espelhos (e, portanto, das fibras de vidro). Os espelhos têm um diâmetro de apenas 0,1 mm. Crédito:Jose Gallego / Universidade de Bonn
Há um grande interesse no efeito Purcell, em parte porque torna possível a construção dos chamados repetidores quânticos. Eles são necessários para transmitir informações quânticas por longas distâncias. Embora seja possível colocar um fóton em um determinado estado quântico e enviá-lo por meio de um guia de luz, isso só pode ser feito em distâncias limitadas; para distâncias maiores, o sinal deve ser armazenado em buffer.
Repetidores transmitem informações quânticas
No repetidor quântico, o fóton é guiado a um átomo que o engole e, assim, muda para outro estado. Em resposta a um pulso de leitura com um feixe de laser, o átomo cospe a partícula de luz novamente. As informações quânticas armazenadas são retidas.
O fóton emitido deve agora ser coletado e realimentado em um guia de luz. Mas isso é difícil quando o fóton é liberado em uma direção aleatória. "Conseguimos forçar os fótons no caminho entre os dois espelhos usando o efeito Purcell, "explica Alt." Agora tornamos um dos espelhos parcialmente transmissivo e conectamos uma fibra de vidro a ele. Isso nos permitiu introduzir o fóton de forma relativamente eficiente nesta fibra. "
O efeito Purcell também tem outra vantagem:encurta o tempo que o átomo de rubídio leva para armazenar e liberar as informações quânticas. Esse ganho de velocidade é extremamente importante. Somente se o repetidor funcionar rápido o suficiente, ele pode se comunicar com o transmissor da informação, um chamado ponto quântico. Hoje, os pontos quânticos são considerados a melhor fonte de fótons únicos para a transmissão de informações quânticas, que está completamente seguro de ser interceptado. "Nossos experimentos estão levando esta importante tecnologia futura um passo adiante, "diz Alt.
