No emaranhamento quântico, pares de fótons estão ligados de modo que, quando o estado de um fóton muda, o outro muda imediatamente, não importa quão distantes estejam. Albert Einstein chamou esse fenômeno de “assustador à distância”.
Hoje, o emaranhamento é usado para criar a unidade básica de informação quântica, o qubit.
Em geral, formar pares de fótons requer cristais grandes. No entanto, pesquisadores da Columbia Engineering descobriram uma nova maneira de criar esses pares de fótons de forma mais eficiente, usando dispositivos menores e menos energia.
Este é um grande avanço na óptica não linear, que envolve a alteração das propriedades da luz para uso em coisas como lasers, comunicações e equipamentos de laboratório.
P. James Schuck, professor da Columbia Engineering, disse que este trabalho liga a óptica quântica ao grande e ao pequeno. Ele estabelece a base para dispositivos on-chip controláveis e de alto desempenho, como geradores miniaturizados de pares de fótons.
O novo dispositivo tem apenas 3,4 micrômetros de espessura para caber em um chip de silício. Isso poderia tornar os dispositivos quânticos mais eficientes em termos energéticos e tecnologicamente avançados.
Para criar este dispositivo, os pesquisadores usaram pequenos cristais de dissulfeto de molibdênio. Eles colocaram seis cristais sobre eles, girando cada camada em 180 graus. À medida que a luz passa por esta pilha, a correspondência quase-fase altera a luz, criando fótons emparelhados.
Esta é a primeira vez que o casamento de quase fase foi usado em materiais de van der Waals para gerar pares de fótons em comprimentos de onda úteis para comunicações. Este novo método é mais eficiente e menos sujeito a erros do que as técnicas anteriores.
O professor P. James Schuck acredita que esta descoberta fará dos materiais de van der Waals a chave para a tecnologia quântica da próxima geração. Estas inovações terão impacto em áreas como as comunicações por satélite e as comunicações quânticas por telemóvel.
É baseado em trabalhos anteriores
Schuck e sua equipe desenvolveram seu novo dispositivo com base em trabalhos anteriores. Em 2022, eles mostraram que materiais como o dissulfeto de molibdênio eram adequados para óptica não linear, mas o desempenho era limitado porque as ondas de luz interferiam entre si neste material.
Eles usam polimento de vez em quando para corrigir isso, o que ajuda na correspondência de fases. Ao alternar a direção das placas na pilha, elas conseguem controlar melhor a luz, permitindo a produção eficiente de fótons em pequena escala.
Schuck disse: “Assim que vimos como estas coisas são boas, sabíamos que tínhamos que tentar fazer pólos periódicos para produzir pares de fotões de forma eficaz.”
Referência do diário:
- Chiara Trovatello, Carino Ferrante, Birui Yang, Josip Bajo, Benjamin Braun et al. Conversão ascendente e descendente com correspondência de quase fase em semicondutores de camadas periódicas. Nat. Fóton, 2025 DOI: 10.1038/s41566-024-01602-z
