Computadores quânticos, que usam partículas de luz (fótons) em vez de elétrons para transmitir e processar dados, seguram a promessa de uma nova era de pesquisa em que o tempo necessário para desenvolver medicamentos que salvam vidas e novas tecnologias será significativamente reduzido. Os fótons são candidatos promissores para a computação quântica porque podem se propagar por longas distâncias sem perder informações, mas quando são armazenados na matéria, tornam-se frágeis e suscetíveis à decoerência. Agora, pesquisadores da Photonics Initiative no Advanced Science Research Center (ASRC) no The Graduate Center, A CUNY desenvolveu um novo protocolo para armazenar e liberar um único fóton em um estado próprio embutido - um estado quântico que é virtualmente não afetado por perda e decoerência. O novo protocolo, detalhado na edição atual de Optica , visa promover o desenvolvimento de computadores quânticos.

"O objetivo é armazenar e liberar fótons únicos sob demanda, garantindo simultaneamente a estabilidade dos dados, "disse Andrea Alù, diretor fundador da ASRC Photonics Initiative e Einstein Professor of Physics no The Graduate Center. "Nosso trabalho demonstra que é possível confinar e preservar um único fóton em uma cavidade aberta e fazê-lo permanecer lá até que outro fóton indique que continue se propagando."

A equipe de pesquisa usou técnicas de eletrodinâmica quântica para desenvolver sua teoria. Eles investigam um sistema composto de um átomo e uma cavidade - a última parcialmente aberta e, portanto, normalmente permitiria que a luz presa no sistema vazasse e fosse rapidamente perdida. A equipe de pesquisa mostrou, Contudo, que, sob certas condições, fenômenos de interferência destrutiva podem evitar vazamentos e permitir que um único fóton seja hospedado indefinidamente no sistema. Este estado próprio incorporado pode ser muito útil para armazenar informações sem degradação, mas a natureza fechada deste estado protegido também cria uma barreira aos estímulos externos, de modo que fótons individuais também não podem ser injetados no sistema. A equipe de pesquisa foi capaz de superar essa limitação estimulando o sistema ao mesmo tempo com dois ou mais fótons.

“Propusemos um sistema que atua como uma caixa fechada quando excitado por um único fóton, mas ele se abre com muita eficiência quando o atingimos com dois ou mais fótons, "disse Michele Cotrufo, primeiro autor do artigo e pós-doutorado na ASRC Photonics Initiative. "Nossa teoria mostra que dois fótons podem ser injetados com eficiência no sistema fechado. Depois disso, um fóton será perdido e o outro ficará preso quando o sistema fechar. O fóton armazenado tem o potencial de ser preservado indefinidamente no sistema. "

Em sistemas realistas, imperfeições adicionais impediriam o confinamento perfeito de fótons, mas os cálculos da equipe de pesquisa mostraram que seu protocolo supera as soluções anteriores com base em uma única cavidade.

Os autores também mostraram que o fóton excitado armazenado pode mais tarde ser liberado sob demanda, enviando um segundo pulso de fótons.

A descoberta da equipe tem o potencial de resolver desafios críticos para a computação quântica, incluindo a geração sob demanda de estados fotônicos emaranhados e memórias quânticas. O grupo agora está explorando caminhos para verificar experimentalmente seu trabalho teórico.