Uma equipe internacional de físicos do Instituto Mandelstam de Física Teórica da Wits University e do Institut Néel em Grenoble, França, criou um minúsculo circuito supercondutor que imita o processo da mecânica quântica em que um átomo absorve ou emite luz.

O trabalho deles foi publicado recentemente Informação Quântica , e foi destaque em editorial do mesmo periódico. O que torna seu dispositivo único é que eles alcançam uma interação luz-matéria artificial que é uma ordem de magnitude maior do que no mundo em geral.

A equipe foi liderada por Nicholas Roch do Institut Néel no Centre National de la Researche Scientifique na França. Os experimentos foram conduzidos por Ph.D. alunos Javier Martínez e Sébastien Léger.

"A vantagem de dispositivos artificiais como o nosso é que eles podem ser facilmente ajustados. Dessa forma, eles podem ser feitos para imitar outros sistemas conhecidos de forte interação, "diz o Dr. Izak Snyman, da Wits University, que desempenhou um papel proeminente na modelagem teórica do dispositivo e na análise e interpretação dos dados experimentais.

"Uma aplicação interessante é usar nosso dispositivo para simular fenômenos quânticos que acontecem dentro de um pedaço de metal, onde não é possível observar o que está acontecendo tão de perto como em nosso sistema artificial. "

A equipe alcançou o aprimoramento da interação da matéria leve incorporando seu átomo artificial dentro de uma matriz cuidadosamente padronizada de minúsculos supercondutores idênticos, cada um com cerca de 1000 nanômetros de tamanho (1000 por milímetro). Para a luz emitida ou absorvida pelo átomo artificial, isto parece um cristal, o que reduz drasticamente a velocidade com que a luz viaja. Como resultado, há mais tempo para um pulso de luz interagir com o átomo artificial, e resultados de interação mais fortes.

Para determinar a força da interação da matéria leve, a equipe estudou a taxa em que seu átomo emite luz. Eles compararam isso com a taxa na qual o "elétron" orbita em seus átomos artificiais. Onde um elétron em um átomo de hidrogênio normal orbita cerca de 10 milhões de vezes antes de decair e emitir um pacote de luz, os pesquisadores conseguiram fazer o átomo artificial decair e emitir um pacote de luz após apenas 10 oscilações.

"Isso mostra uma interação surpreendentemente forte entre a luz e o átomo, "diz Snyman." Em dispositivos anteriores em que essa façanha foi alcançada, o ambiente através do qual a luz tinha que viajar invariavelmente se comportava de forma semelhante a um diapasão para a luz, favorecendo fortemente uma única frequência de luz. "

Por não escolher uma determinada frequência (ou cor), o ambiente permite que um comportamento muito mais rico emerja da interação luz-matéria do que os dispositivos anteriores. Além disso, enquanto que para um dado átomo natural, a pessoa fica presa à força de interação que a natureza escolhe, no novo dispositivo, ele pode ser ajustado manualmente.

"Isso é semelhante a ter um aplicativo que permite ajustar a quantidade de carga elétrica que um próton ou elétron carrega, em vez de se contentar com o valor padrão decretado pela natureza, "diz Snyman.

Embora não haja necessariamente aplicativos do mundo real para este novo dispositivo, Snyman acredita que ele fornece aos cientistas um novo conjunto de ferramentas para explorar sistemas de mecânica quântica que interagem fortemente.

"Muitas questões fundamentais sem respostas na física envolvem fortes interações. Por exemplo, como os quarks se ligam para formar prótons e nêutrons? Dispositivos como o nosso podem fornecer pistas para esses quebra-cabeças. "