p Um dispositivo óptico em nanoescala que permite que a luz passe em apenas uma direção foi desenvolvido na TU Wien (Viena). Consiste em átomos alcalinos que são acoplados a fibras de vidro ultrafinas. p Se a luz é capaz de se propagar da esquerda para a direita, a direção oposta geralmente também é permitida. Um feixe de luz normalmente pode ser enviado de volta ao seu ponto de origem, apenas refletindo em um espelho. Pesquisadores da TU Wien desenvolveram um novo dispositivo para quebrar essa regra. Assim como em um diodo elétrico, que permite que a corrente passe apenas em uma direção, este dispositivo baseado em fibra de vidro transmite luz apenas em uma direção. A regra de mão única vale mesmo se o pulso de luz que passa pela fibra consiste em apenas alguns fótons. Essa via de mão única para a luz agora pode ser usada para chips ópticos e, portanto, pode se tornar importante para o processamento de sinais ópticos.

p Processamento de sinais ópticos em vez de eletrônicos

p Elementos que permitem que a luz passe em apenas uma direção são chamados de "isoladores ópticos". "Em princípio, tais componentes já existem há muito tempo ", diz Arno Rauschenbeutel, do Centro de Viena para Ciência e Tecnologia Quântica no Atominstitut em TU Wien. "A maioria dos isoladores ópticos, Contudo, baseiam-se no efeito Faraday:um forte campo magnético é aplicado a um material transparente entre dois filtros de polarização cruzada. A direção do campo magnético determina então a direção na qual a luz pode passar. "

p Por razões técnicas, dispositivos que usam o efeito Faraday não podem ser construídos em nanoescala - um fato lamentável, porque isso teria muitas aplicações interessantes. "Hoje, pesquisadores buscam construir circuitos ópticos integrados, semelhantes às suas contrapartes eletrônicas ", diz Rauschenbeutel. Outros métodos para quebrar essa simetria funcionam apenas em intensidades muito altas. Mas em nanotecnologia, um objetivo final é trabalhar com sinais de luz extremamente fracos, que pode até consistir em fótons individuais.

p Fibras e átomos de vidro

p A equipe de Arno Rauschenbeutel escolheu uma abordagem completamente diferente:átomos alcalinos foram acoplados ao campo de luz de uma fibra de vidro ultrafina. Em uma fibra de vidro, a luz pode se propagar para a frente ou para trás. Há, Contudo, outra propriedade da luz que deve ser levada em consideração:a direção de oscilação da onda de luz, também chamada de polarização.

p A interação da luz e da fibra de vidro modifica o estado de oscilação da luz. "A polarização gira, muito parecido com o rotor de um helicóptero ", diz Arno Rauschenbeutel. O sentido de rotação depende se a luz viaja para a frente ou para trás. Em um caso, a onda de luz oscila no sentido horário e na outra, sentido anti-horário. A direção de propagação e o estado de oscilação da onda de luz estão travados um no outro.

p Se os átomos alcalinos forem preparados no estado quântico correto e acoplados à luz na fibra de vidro ultrafina, é possível fazer com que reajam de maneira diferente aos dois sentidos de rotação da luz. "A luz na direção para frente não é afetada pelos átomos. No entanto, luz que viaja para trás e, consequentemente, gira ao contrário, acopla-se aos átomos alcalinos e é espalhado pela fibra de vidro ", diz Arno Rauschenbeutel.

p O estado atômico como uma chave quântica

p Este efeito foi demonstrado de duas maneiras diferentes na TU Wien:Na primeira abordagem, cerca de 30 átomos foram colocados ao longo da fibra de vidro. Ao enviar luz, uma alta transmissão de quase 80% foi medida para uma direção de propagação enquanto era dez vezes menor na outra direção. Na segunda abordagem, apenas um único átomo de rubídio foi usado. Nesse caso, a luz foi temporariamente armazenada em um microrressonador óptico, para que pudesse interagir com o átomo por um tempo relativamente longo. Por aqui, controle semelhante sobre a transmissão poderia ser alcançado.

p "Quando usamos apenas um único átomo, temos um controle muito mais sutil sobre o processo ", diz Rauschenbeutel. "Pode-se preparar o átomo em uma superposição quântica dos dois estados possíveis, de modo que bloqueia a luz e a deixa passar ao mesmo tempo. "De acordo com a física clássica, isso seria impossivel, mas a física quântica permite tais combinações. Isso abriria a porta para novos, possibilidades emocionantes para processamento óptico de informações quânticas.