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Existem também bits quânticos, ou qubits, que apresentam diferenças críticas em relação aos bits e bytes comuns. Esses fótons – partículas de luz – podem transportar informações quânticas e oferecer capacidades excepcionais que não podem ser alcançadas de outra forma. Ao contrário da computação binária, onde os bits só podem representar 0 ou 1, o comportamento do qubit existe no domínio da mecânica quântica. Por meio da “superposição”, um qubit pode representar 0, 1 ou qualquer proporção entre eles. Isso aumenta enormemente a velocidade de processamento de um computador quântico em comparação com os computadores atuais.

“Aprender sobre as capacidades dos qubits tem sido uma força motriz para o campo emergente das tecnologias quânticas, abrindo aplicações novas e inexploradas como comunicação quântica, computação e detecção”, disse Hong Koo Kim, professor de Engenharia Elétrica e de Computação na Universidade de Escola de Engenharia Pittsburgh Swanson.

As tecnologias quânticas são importantes para vários campos, como para os bancos protegerem informações financeiras ou fornecerem aos investigadores a velocidade necessária para imitar todos os aspectos da química. E através do “emaranhamento” quântico, os qubits poderiam “comunicar-se” através de vastas distâncias como um sistema único. Kim e seu aluno de graduação, Yu Shi, fizeram uma descoberta que pode ajudar a tecnologia quântica a dar um salto quântico.

Começa com um único fóton

As tecnologias quânticas baseadas em fótons dependem de fontes de fótons únicos que podem emitir fótons individuais.

Esses fótons únicos podem ser gerados a partir de semicondutores em escala nanométrica, mais comumente conhecidos como pontos quânticos. Semelhante à forma como as antenas de micro-ondas transmitem sinais de telefones celulares, um ponto quântico atua como uma antena que irradia luz.

"Ao realizar análises rigorosas, descobrimos que um emissor de pontos quânticos - ou uma antena dipolo em escala nanométrica - retém uma grande quantidade de energia", explicou Kim. "A operação em regime externo de um emissor dipolo é bem compreendida, mas esta é realmente a primeira vez que um dipolo é estudado internamente."

Os fótons desses pontos quânticos saem com a lateralidade, como nós, uma pessoa destra ou canhota, e a informação quântica é transportada por essa lateralidade dos fótons individuais. Como tal, classificá-los em diferentes caminhos é uma tarefa importante para o processamento de informações quânticas. A equipe de Kim desenvolveu uma nova maneira de separar fótons de diferentes direções e coletá-los de forma eficiente para processamento posterior.

“Espera-se que as descobertas deste trabalho contribuam para o desenvolvimento de fontes de fótons únicos de alta velocidade, um componente crítico necessário na fotônica quântica”, disse Kim.

O artigo, "Textura de spin e acoplamento quiral do campo dipolar circularmente polarizado", foi publicado na revista Nanophotonics .

Mais informações: Yu Shi et al, Textura Spin e acoplamento quiral de campo dipolo polarizado circularmente, Nanofotônica (2023). DOI:10.1515/nanoph-2022-0581
Fornecido pela Universidade de Pittsburgh