Novas técnicas de ondas acústicas de superfície podem levar à navegação na Internet quântica
Feixes de luz, mostrados em laranja e azul, brilham em um ressonador de ondas acústicas de superfície, onde suas interações são controladas por uma cavidade projetada com precisão. Dentro desta câmara de eco, a luz fica fortemente acoplada às ondas acústicas da superfície. Crédito:Arjun Iyer Pesquisadores da Universidade de Rochester usaram ondas acústicas de superfície para superar um obstáculo significativo na busca pela construção de uma Internet quântica.
Em um novo estudo publicado na Nature Communications , cientistas do Instituto de Óptica e do Departamento de Física e Astronomia de Rochester descrevem uma técnica para emparelhar partículas de luz e som que poderia ser usada para converter fielmente informações armazenadas em sistemas quânticos - qubits - em campos ópticos, que podem ser transmitidos por longas distâncias.
O que são ondas acústicas de superfície?
Ondas acústicas de superfície são vibrações que deslizam ao longo do exterior dos materiais, como uma onda no oceano ou tremores no solo durante um terremoto. Eles são usados para uma variedade de aplicações – muitos dos componentes elétricos de nossos telefones possuem filtros de ondas acústicas de superfície – porque eles formam cavidades muito precisas que podem ser usadas para cronometragem precisa em usos como navegação. Mas os cientistas também começaram a usá-los em aplicações quânticas.
“Nos últimos 10 anos, as ondas acústicas de superfície surgiram como um bom recurso para aplicações quânticas porque o fônon, ou partícula individual de som, acopla-se muito bem a diferentes sistemas”, diz William Renninger, professor associado de óptica e física.
Usando métodos existentes, as ondas acústicas de superfície são acessadas, manipuladas e controladas através de materiais piezoelétricos para transformar eletricidade em ondas acústicas e vice-versa. No entanto, esses sinais elétricos devem ser aplicados a dedos mecânicos inseridos no meio da cavidade acústica, que causam efeitos parasitas ao espalhar fônons de maneiras que precisam ser compensadas.
Pesquisadores da Universidade de Rochester, incluindo os estudantes de pós-graduação em óptica Arjun Iyer (primeiro plano) e Wendao Xu, projetaram cavidades acústicas, ou minúsculas câmaras de eco, para acoplar fortemente as ondas acústicas superficiais à luz. Esses dispositivos são simples de fabricar, de tamanho pequeno e têm a capacidade de lidar com grandes quantidades de energia. Crédito:Foto da Universidade de Rochester / J. Adam Fenster
Uso da luz para manipular ondas acústicas de superfície
Em vez de acoplar os fônons a campos elétricos, o laboratório de Renninger tentou uma abordagem menos invasiva, iluminando as cavidades e eliminando a necessidade de contato mecânico.
"Conseguimos acoplar fortemente as ondas acústicas da superfície à luz", diz Arjun Iyer, Ph.D. em óptica. aluno e primeiro autor do artigo. "Projetamos cavidades acústicas, ou pequenas câmaras de eco, para essas ondas onde o som pode durar muito tempo, permitindo interações mais fortes. Notavelmente, nossa técnica funciona em qualquer material, não apenas nos materiais piezoelétricos que podem ser controlados eletricamente."
A equipe de Renninger fez parceria com o laboratório do Professor Associado de Física John Nichol para fabricar os dispositivos de ondas acústicas de superfície descritos no estudo. Além de produzir um forte acoplamento quântico, os dispositivos têm os benefícios adicionais de fabricação simples, tamanho pequeno e capacidade de lidar com grandes quantidades de energia.
Além das aplicações na computação quântica híbrida, a equipe afirma que suas técnicas podem ser usadas em espectroscopia para explorar as propriedades dos materiais, como sensores, e para estudar a física da matéria condensada.
