A maioria das tecnologias de computação quântica depende da capacidade de produzir, manipular e detectar estados de luz não clássicos. Estados não clássicos são estados quânticos que não podem ser produzidos diretamente usando fontes convencionais de luz, como lâmpadas e lasers, e, portanto, não podem ser descritos pela teoria do eletromagnetismo clássico.
Esses estados não convencionais incluem estados comprimidos, estados emaranhados e estados com uma função Wigner negativa. A capacidade de controlar de forma semelhante os estados dos sistemas fonônicos, aqueles envolvendo acústica e vibração, poderia abrir possibilidades interessantes para o desenvolvimento de novas tecnologias quânticas, incluindo dispositivos para sensoriamento quântico e processamento de informações quânticas.

Pesquisadores da Delft University of Technology (TU Delft) do Kavli Institute of Nanoscience introduziram recentemente uma estratégia que pode ser usada para alcançar um alto nível de controle sobre guias de onda fonônicos. Essa estratégia, descrita em um artigo publicado na Nature Physics , poderia permitir o uso de guias de onda fonônicos na tecnologia quântica, da mesma forma que as fibras ópticas e os guias de onda são usados ​​hoje.

Fibras ópticas e guias de onda podem ser usados ​​para transmitir informações quânticas codificadas em fótons ópticos. Nas últimas décadas, eles têm sido componentes essenciais tanto para a tecnologia quântica quanto para a tecnologia de comunicação clássica.

"A realização de componentes equivalentes a fibras ópticas e guias de ondas para excitações mecânicas tem o potencial de revolucionar o campo nascente da acústica quântica e fonônica", disse Simon Gröblacher, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao Phys.org. “Tais guias de ondas fonônicas de baixa perda não apenas permitirão guiar e transmitir informações (quânticas) codificadas em fônons por dezenas de centímetros em um chip, mas formarão a base para um controle totalmente coerente sobre as excitações mecânicas que viajam”.

O objetivo principal do trabalho recente de Gröblacher e seus colegas foi desenvolver um método para controlar estados mecânicos não clássicos em um guia de ondas fonônico com fônons individuais em uma microestrutura de silício suspensa. Em última análise, eles visam introduzir uma nova caixa de ferramentas para realizar experimentos no campo da acústica quântica, o que, por sua vez, permitiria que físicos e engenheiros interagissem com sistemas quânticos de novas maneiras.

“As ondas acústicas são fundamentalmente diferentes da oscilação de átomos ou íons em armadilhas, devido à grande massa associada, seu caráter de propagação e a possibilidade de se acoplar a uma grande variedade de outros sistemas quânticos, como pontos quânticos e qubits supercondutores”, Gröblacher, disse. “Guiar fonons únicos é um passo crucial para a realização de dispositivos quânticos híbridos e transferência de informações quânticas em redes heterogêneas”.

Nos últimos anos, o grupo de pesquisa de Gröblacher realizou vários experimentos com foco em dispositivos fonônicos. Em seus estudos anteriores, eles foram capazes de criar, armazenar e detectar fônons únicos em dispositivos de cristal fotônico/fonônico, alavancando interações optomecânicas de pressão de radiação.

Como parte de seu estudo recente, eles projetaram e realizaram o primeiro guia de ondas fonônico para produzir excitações mecânicas de viagem não clássicas.

“Ao fabricar o guia de ondas de silício de filme fino, combinamos o guia de ondas com uma fonte e detector para estados mecânicos não clássicos e conseguimos verificar a propagação desses estados quânticos no guia de ondas”, explicou Gröblacher. “Essas ondas acústicas em frequências de GHz são guiadas em uma geometria em nanoescala altamente confinada, com longa vida útil (até vários milissegundos), particularmente em baixas temperaturas, permitindo o transporte fiel de estados quânticos em distâncias de centímetros em um chip”.

Em seus experimentos, Gröblacher e seus colegas mostraram que ao propagar em seu guia de ondas, as correlações não clássicas que emergem de fônons lançados em momentos diferentes são conservadas. Essas correlações não clássicas tiveram um notável tempo de vida mecânico de aproximadamente 100 μs, o que significa que seu sistema poderia teoricamente ser usado para transmitir fônons únicos ao longo de dezenas de centímetros, sem perdas significativas de energia.

Os pesquisadores também mostraram que seu guia de ondas poderia ser usado para realizar uma memória quântica fonônica first-in-first-out (FIFO). No futuro, essa memória quântica poderá ter aplicações valiosas em telecomunicações e acústica quântica. + Explorar mais

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