Um grupo de físicos da Universidade de Wisconsin-Madison identificou condições sob as quais átomos relativamente distantes se comunicam uns com os outros de maneiras que antes só eram vistas em átomos mais próximos - um desenvolvimento que poderia ter aplicações para a computação quântica.

As descobertas dos físicos, publicado em 14 de outubro na revista Revisão Física A , abrir novas perspectivas para a geração de átomos emaranhados, o termo dado aos átomos que compartilham informações a grandes distâncias, que são importantes para as comunicações quânticas e o desenvolvimento de computadores quânticos.

"Construir um computador quântico é muito difícil, então uma abordagem é construir módulos menores que podem se comunicar, "diz Deniz Yavuz, um professor de física da UW – Madison e autor sênior do estudo. "Este efeito que estamos vendo pode ser usado para aumentar a comunicação entre esses módulos."

O cenário em questão depende da interação entre a luz e os elétrons que orbitam os átomos. Um elétron que foi atingido por um fóton de luz pode ser excitado para um estado de energia superior. Mas os elétrons detestam o excesso de energia, então, eles o eliminam rapidamente, emitindo um fóton em um processo conhecido como decaimento. Os átomos de fótons liberados têm menos energia do que aqueles que aumentaram o elétron - o mesmo fenômeno que causa a fluorescência de alguns produtos químicos, ou alguma água-viva para ter um anel verde brilhante.

"Agora, o problema fica muito interessante se você tiver mais de um átomo, "diz Yavuz." A presença de outros átomos modifica a decadência de cada átomo; eles conversam entre si. "

Se um único átomo decai em um segundo, por exemplo, então, um grupo do mesmo tipo de átomo pode decair em menos - ou mais - de um segundo. O tempo depende das condições, mas todos os átomos decaem na mesma taxa, mais rapidamente ou mais lentamente. Até aqui, este tipo de correlação só foi observado se os átomos estão dentro de cerca de um comprimento de onda da luz emitida um do outro. Para átomos de rubídio, usado por Yavuz e seus colegas, significa dentro de 780 nanômetros - bem na borda entre o comprimento de onda da luz vermelha e infravermelha.

Os cientistas queriam ver como distâncias maiores entre os átomos afetariam a decadência dos átomos de rubídio. Se a ideia predominante fosse correta, então, dois átomos de rubídio mais distantes do que 780 nanômetros agiriam como átomos individuais, cada um dando o perfil de decaimento de átomo único característico.

Em seus experimentos, eles primeiro imobilizaram um grupo de átomos de rubídio por resfriamento a laser até um pouco acima do zero absoluto, a temperatura na qual o movimento atômico cessa. Então, eles lançaram um laser no comprimento de onda de excitação do rubídio para energizar os elétrons, que decai ao emitir um fóton na característica 780 nm. Eles poderiam então medir a intensidade daquele fóton emitido ao longo do tempo e compará-lo ao perfil de decaimento de um único átomo de rubídio.

"No nosso caso, mostramos que os átomos podem estar até cinco vezes o comprimento de onda, e ainda assim esses efeitos de grupo são pronunciados - a decadência pode ser mais rápida do que se o átomo estivesse lá sozinho, ou mais lento, "Yavuz diz." A segunda coisa que mostramos é, se você olhar para a dinâmica de tempo da decadência, ele pode começar rápido e depois ficar mais lento. Ele muda, e essa mudança nunca tinha sido vista antes. "

Com esses novos insights sobre a construção de correlações entre átomos, Yavuz e seu grupo de pesquisa estão investigando as aplicações de computação quântica de suas descobertas. Eles estão investigando quais condições experimentais levam a diferentes tipos de estados correlacionados, o que pode levar ao emaranhamento e transmissão eficiente de informações quânticas.