Os sensores são um pilar da Internet das Coisas, fornecendo os dados para controlar todos os tipos de objetos. Aqui, a precisão é essencial, e é aí que as tecnologias quânticas podem fazer a diferença. Pesquisadores em Innsbruck e Zurique estão agora demonstrando como nanopartículas em minúsculos ressonadores ópticos podem ser transferidas para um regime quântico e usadas como sensores de alta precisão.
Os avanços na física quântica oferecem novas oportunidades para melhorar significativamente a precisão dos sensores e, assim, possibilitar novas tecnologias. Uma equipe liderada por Oriol Romero-Isart do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Academia Austríaca de Ciências e do Departamento de Física Teórica da Universidade de Innsbruck e uma equipe liderada por Romain Quidant da ETH Zurich estão agora propondo um novo conceito para um sensor quântico de alta precisão. Os pesquisadores sugerem que as flutuações de movimento de uma nanopartícula presa em um ressonador óptico microscópico podem ser reduzidas significativamente abaixo do movimento do ponto zero, explorando a dinâmica instável rápida do sistema.

Partícula presa entre espelhos

A compressão quântica mecânica reduz a incerteza das flutuações de movimento abaixo do movimento de ponto zero, e foi demonstrado experimentalmente no passado com ressonadores micromecânicos no regime quântico. Os pesquisadores agora propõem uma nova abordagem, especialmente adaptada para sistemas mecânicos levitados. "Nós demonstramos que uma cavidade óptica projetada adequadamente pode ser usada para comprimir rápida e fortemente o movimento de uma nanopartícula levitada", diz Katja Kustura da equipe de Oriol Romero-Isart em Innsbruck. Em um ressonador óptico, a luz é refletida entre espelhos e interage com a nanopartícula levitada. Tal interação pode dar origem a instabilidades dinâmicas, muitas vezes consideradas indesejáveis. Os pesquisadores agora mostram como eles podem ser usados ​​como um recurso. "No presente trabalho, mostramos como, controlando adequadamente essas instabilidades, a dinâmica instável resultante de um oscilador mecânico dentro de uma cavidade óptica leva à compressão mecânica", diz Kustura. O novo protocolo é robusto na presença de dissipação, tornando-o particularmente viável em optomecânica levitada. No artigo, publicado na revista Physical Review Letters , os pesquisadores aplicam essa abordagem a uma nanopartícula de sílica acoplada a uma microcavidade por meio de espalhamento coerente. "Este exemplo mostra que podemos espremer a partícula em ordens de magnitude abaixo do movimento do ponto zero, mesmo começando de um estado térmico inicial", diz Oriol Romero-Isart.

O trabalho fornece um novo uso de cavidades ópticas como espremedores quânticos mecânicos e sugere uma nova rota viável em optomecânica levitada além do resfriamento quântico do estado fundamental. Os micro-ressonadores oferecem, assim, uma nova plataforma interessante para o projeto de sensores quânticos, que podem ser usados, por exemplo, em missões de satélite, carros autônomos e em sismologia. + Explorar mais

Partículas quânticas:puxadas e comprimidas