Pela primeira vez, pesquisadores conseguiram criar um forte acoplamento entre sistemas quânticos a uma grande distância. Eles conseguiram isso com um novo método em que um loop de laser conecta os sistemas, permitindo a troca de informações quase sem perdas e forte interação entre eles. No jornal Ciência , físicos da Universidade de Basel e da Universidade de Hanover relataram que o novo método abre novas possibilidades em redes quânticas e tecnologia de sensores quânticos.

A tecnologia quântica é atualmente um dos campos de pesquisa mais ativos em todo o mundo. Aproveita as propriedades especiais dos estados quânticos dos átomos, luz, ou nanoestruturas para desenvolver, por exemplo, novos sensores para medicina e navegação, redes para processamento de informações e simuladores poderosos para ciências dos materiais. A geração desses estados quânticos normalmente requer uma forte interação entre os sistemas envolvidos, como entre vários átomos ou nanoestruturas.

Até agora, Contudo, interações suficientemente fortes foram limitadas a distâncias curtas. Tipicamente, dois sistemas tiveram que ser colocados próximos um do outro no mesmo chip em baixas temperaturas ou na mesma câmara de vácuo, onde eles interagem por meio de forças eletrostáticas ou magnetostáticas. Acoplando-os a distâncias maiores, Contudo, é necessário para muitas aplicações, como redes quânticas ou certos tipos de sensores.

Uma equipe de físicos, liderado pelo Professor Philipp Treutlein do Departamento de Física da Universidade de Basel e do Swiss Nanoscience Institute (SNI), conseguiu, pela primeira vez, criar um forte acoplamento entre dois sistemas a uma distância maior em um ambiente de temperatura ambiente. Em seu experimento, os pesquisadores usaram luz laser para acoplar as vibrações de uma membrana fina de 100 nanômetros ao movimento do giro dos átomos a uma distância de um metro. Como resultado, cada vibração da membrana põe em movimento o spin dos átomos e vice-versa.

Um ciclo de luz atua como uma mola mecânica

O experimento é baseado em um conceito que os pesquisadores desenvolveram em conjunto com o físico teórico Professor Klemens Hammerer, da Universidade de Hanover. Envolve o envio de um feixe de luz laser para frente e para trás entre os sistemas. "A luz então se comporta como uma mola mecânica esticada entre os átomos e a membrana, e transmite forças entre os dois, "explica o Dr. Thomas Karg, que realizou os experimentos como parte de sua tese de doutorado na Universidade de Basel. Neste loop de laser, as propriedades da luz podem ser controladas de modo que nenhuma informação sobre o movimento dos dois sistemas seja perdida para o ambiente, garantindo assim que a interação mecânica quântica não seja perturbada.

Os pesquisadores agora conseguiram implementar esse conceito experimentalmente pela primeira vez e usá-lo em uma série de experimentos. “O acoplamento de sistemas quânticos com a luz é muito flexível e versátil, "explica Treutlein." Podemos controlar o feixe de laser entre os sistemas, que nos permite gerar diferentes tipos de interações que são úteis para sensores quânticos, por exemplo."

Uma nova ferramenta para tecnologias quânticas

Além de acoplar átomos a membranas nanomecânicas, o novo método também pode ser usado em vários outros sistemas; por exemplo, ao acoplar bits quânticos supercondutores ou sistemas de spin de estado sólido usados ​​em pesquisas de computação quântica. A nova técnica de acoplamento mediado por luz pode ser usada para interconectar tais sistemas, criação de redes quânticas para processamento de informações e simulações. Treutlein está convencido:"Este é um novo, ferramenta altamente útil para nossa caixa de ferramentas de tecnologia quântica. "