Tópico: Interação luminosa

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Interação luminosa


Dois fótons são enviados, por meio de um nano-fio, em direção ao átomo. Quando colidem, um dos fótons (em vermelho na ilustração) transfere sua informação ao outro. Interação poderia viabilizar transistores ópticos para computadores quânticos

Agência FAPESP – Cientistas do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague (Dinamarca) e da universidade Harvard (Estados Unidos) desenvolveram uma teoria que descreve como podem ser criados os transistores necessários para os computadores quânticos do futuro. A pesquisa acaba de ser publicada na edição on-line da revista Nature Physics.

Segundo os cientistas, os computadores quânticos seriam capazes de resolver tarefas tão complexas que revolucionariam as possibilidades de aplicação. Mas há sérias dificuldades para que eles se tornem realidade. Uma delas se refere aos transistores que processam os sinais.

Hoje, o sinal processado consiste em uma corrente elétrica. Para o computador quântico, o sinal poderia ser óptico, funcionando com o uso de um único fóton (menor componente da luz). “O problema é que, para funcionar, os fótons precisam se encontrar e ‘conversar’. E os fótons interagem muito raramente”, disse o físico Anders Søndberg Sørensen, do Instituto Niels Bohr.

Ele explica que a luz não funciona como nos filmes da série Guerra nas Estrelas, em que os personagens lutam com sabres de luz que se entrechocam. “Isso é pura ficção e não pode ocorrer. Quando dois raios de luz se encontram e se cruzam, eles se atravessam mutuamente. Isso se chama óptica linear”, disse.

O sinal óptico do computador quântico, no entanto, utilizaria óptica não-linear. Isso significa que os fótons colidiriam uns com os outros e poderiam se afetar mutuamente. “É algo muito difícil de se fazer na prática”, disse Sørensen. Os fótons são tão pequenos que é praticamente impossível fazer com que batam uns nos outros. A não ser que se possa controlá-los – e esse é o objeto da teoria dos autores do estudo.

Em vez de disparar dois fótons de direções diferentes e tentar provocar o choque entre eles, o objetivo dos pesquisadores é utilizar um átomo como intermediário. De acordo com as leis da física, o átomo pode absorver apenas um fóton. Se dois fótons forem dirigidos para o átomo, deverão ali colidir – é exatamente o que querem.

O átomo, no entanto, é pequeno e difícil de atingir. Portanto, os fótons precisam ser focalizados com muita precisão. Experimento anterior verificou que microondas poderiam ser focalizadas em um átomo por meio de um nanofio supercondutor. Com isso, levantou-se a idéia de que o mesmo poderia ocorrer com a luz visível.

O modelo teórico mostra que a idéia funciona. O átomo é trazido para perto do nanofio. Dois fótons são enviados em direção ao átomo e, quando o atingem, ocorre uma interação entre eles, na qual um compartilha informação com o outro.

A informação é enviada em bits e a ordem dos dígitos (1 ou 0) produz a mensagem. Hoje, pode-se enviar informação por meio de um cabo óptico e cada bit é feito de milhões de fótons. Na ótica quântica, cada bit corresponde a um único fóton. O fóton recebe sua mensagem e o sinal continua em seu caminho. De acordo com os autores do trabalho agora publicado, esse é um importante passo no caminho para construir o transístor de fótons para um computador quântico.

O artigo A single-photon transistor using nanoscale surface plasmons, de Darrick Chang e outros, pode ser lido por assinantes da Nature Physics em www.nature.com/naturephysics.

http://www.agencia.fapesp.br/boletim_dentro.php?data[id_materia_boletim]=7656

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Transístor totalmente óptico controla luz com luz


Esta é uma micrografia eletrônica de varredura, colorida artificialmente, mostrando o microrressonador usado no estudo do fenômeno OMIT. A parte vermelha superior é um toroide de sílica, apoiado sobre um pilar de silício (cinza). O toróide de sílica cumpre a dupla função de ressonador óptico para os fótons e suporte para as vibrações (fónons). O acoplamento mútuo de fótons e fónons pode ser usado para controlar a propagação da luz de forma inteiramente óptica. [Imagem: T. Kippenberg/EPFL]

Cientistas franceses e alemães criaram um transístor inteiramente óptico, um dispositivo capaz de controlar um feixe de luz usando outro feixe de luz.

Tecnicamente chamado ressonador óptico, o dispositivo representa uma forma inovadora de acoplar a luz com vibrações mecânicas, e deverá ter grande impacto no campo das telecomunicações e nas pesquisas de computação quântica.

Transístor de luz

Inicialmente, o transístor óptico captura a luz em uma minúscula estrutura cristalina, guiando o feixe de luz de modo a forçá-lo a percorrer um caminho circular.

A seguir, a estrutura vibra, em frequências muito precisas e muito elevadas.

Quando a luz é injetada no dispositivo, os fótons exercem uma força chamada pressão de radiação, que é reforçada pelo ressonador. A pressão crescente deforma a cavidade, acoplando a luz com as vibrações mecânicas.

Se forem usados dois feixes de luz, a interação dos dois com as vibrações mecânicas resulta em uma espécie de "chave" óptica": um laser de controle, de maior intensidade, pode interromper ou deixar passar um outro feixe de laser, de menor intensidade - exatamente o que um transístor eletrônico faz com a corrente elétrica.

A possibilidade teórica desse efeito foi descoberta há cerca de dois anos. Desde então os cientistas vinham tentando verificar seu funcionamento experimentalmente.

Transparência optomecânica

O fenômeno por trás do funcionamento do transístor óptico foi batizado de OMIT - OptoMechanically-Induced Transparency, ou transparência induzida optomecanicamente.

Um fenômeno similar, chamado transparência induzida eletromagneticamente permitiu recentemente a criação de um transístor óptico quântico.

A conversão de radiação para vibração já é largamente utilizada: nos telefones celulares, por exemplo, um receptor converte a radiação eletromagnética em vibrações mecânicas, permitindo que o sinal seja filtrado de forma mais eficiente.

Mas até agora ninguém havia conseguido fazer esse tipo de conversão com a luz. Usando o fenômeno OMIT, um campo óptico poderá pela primeira vez ser convertido em uma vibração mecânica.

Isso poderá abrir um leque enorme de possibilidades nas telecomunicações. Por exemplo, será possível criar verdadeiras "memórias ópticas", capazes de armazenar informações que viajam pelas fibras ópticas por vários segundos.

Bibliografia:
Optomechanically Induced Transparency
Stefan Weis, Rémi Rivière, Samuel Deléglise, Emanuel Gavartin, Olivier Arcizet, Albert Schliesser, Tobias J. Kippenberg
Science
November 11, 2010
Vol.: Published Online
DOI: 10.1126/science.1195596

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=transistor-totalmente-optico&id=010110101112