Pesquisadores da Universidade de Basileia construíram um elemento de memória quântica baseado em átomos em uma minúscula célula de vidro. No futuro, essas memórias quânticas poderão ser produzidas em massa em um wafer.



É difícil imaginar as nossas vidas sem redes como a Internet ou as redes de telefonia móvel. No futuro, redes semelhantes estão planejadas para tecnologias quânticas que permitirão a transmissão de mensagens à prova de interceptação usando criptografia quântica e possibilitarão a conexão de computadores quânticos entre si.

Tal como as suas contrapartes convencionais, essas redes quânticas requerem elementos de memória nos quais as informações podem ser armazenadas temporariamente e roteadas conforme necessário. Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Basileia, liderada pelo professor Philipp Treutlein, desenvolveu agora esse elemento de memória, que pode ser microfabricado e, portanto, adequado para produção em massa. Seus resultados foram publicados em Physical Review Letters .

Armazenamento de fótons em células de vidro

Partículas leves são particularmente adequadas para transmitir informações quânticas. Os fótons podem ser usados ​​para enviar informações quânticas através de cabos de fibra óptica, para satélites ou para um elemento de memória quântica. Lá, o estado da mecânica quântica dos fótons deve ser armazenado com a maior precisão possível e, após um certo tempo, convertido novamente em fótons.

Há dois anos, os investigadores de Basileia demonstraram que isto funciona bem utilizando átomos de rubídio numa célula de vidro. “No entanto, aquela cela de vidro foi feita à mão e tinha vários centímetros de tamanho”, diz o pós-doutorado Dr. Roberto Mottola. "Para serem adequadas ao uso diário, essas células precisam ser menores e passíveis de serem produzidas em grandes números."

Foi precisamente isso que Treutlein e os seus colaboradores conseguiram agora. Para usar uma célula muito menor, medindo apenas alguns milímetros, obtida na produção em massa de relógios atômicos, eles precisaram desenvolver alguns truques. Para ter um número suficiente de átomos de rubídio para armazenamento quântico, apesar do pequeno tamanho da célula, eles tiveram que aquecer a célula a 100° centígrados para aumentar a pressão de vapor.

Além disso, expuseram os átomos a um campo magnético de 1 tesla, mais de 10.000 vezes mais forte que o campo magnético da Terra. Isto mudou os níveis de energia atômica de uma forma que facilitou o armazenamento quântico de fótons usando um feixe de laser adicional. Este método permitiu aos pesquisadores armazenar fótons por cerca de 100 nanossegundos. Os fótons livres teriam viajado 30 metros nesse período.

1.000 memórias quânticas em um único wafer

“Desta forma, construímos, pela primeira vez, uma memória quântica em miniatura para fótons, da qual cerca de 1.000 cópias podem ser produzidas em paralelo em um único wafer”, diz Treutlein.

No experimento atual, o armazenamento foi demonstrado usando pulsos de laser fortemente atenuados, mas num futuro próximo, Treutlein, em colaboração com o CSEM em Neuchatel, também deseja armazenar fótons únicos nas células em miniatura. Além disso, o formato das células de vidro ainda precisa ser otimizado, de modo a armazenar os fótons pelo maior tempo possível preservando seus estados quânticos.

Mais informações: Roberto Mottola et al, Optical Memory in a Microfabricated Rubidium Vapor Cell, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.260801. No arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2307.08538
Informações do diário: Cartas de revisão física , arXiv

Fornecido pela Universidade de Basileia