Não-linearidades em estados quânticos de fótons individuais

Destaque em Física, semana de 31 de agosto de 2017

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Uma das grandes expectativas para o futuro da tecnologia da informação é o uso de propriedades quânticas de partículas – e em particular de fótons, as partículas da luz – para o processamento de dados.

A área de pesquisa que investiga a luz e sua interação com a matéria vislumbrando tal aplicação é a ótica quântica e está atraindo grande número de pesquisadores em tempos recentes. Um novo trabalho com participação brasileira acaba de fazer um avanço importante, ao emular uma forte não-linearidade em estados quânticos da luz compostos de poucos fótons.

"É desafiador e motivante pensar que podemos transmitir informação por meio de fótons e os efeitos não-lineares são cruciais para geração de estados da luz que permitam transmitir informação de modo rápido e seguro”, explica Antonio Sales Oliveira Coelho, professor da UFPI (Universidade Federal do Piauí) e coautor do novo trabalho. “Porém, trata-se de uma tarefa extremamente difícil, dada a fragilidade dos estados quânticos, principalmente estados quânticos da luz com poucos fótons.”

O trabalho está ancorado sobre o efeito Kerr, que pode ser visto como uma modificação do índice de refração do material dependente da intensidade da luz que incide sobre ele. "A não-linearidade Kerr permite a interação entre feixes de luz por meio de uma susceptibilidade não-linear de terceira ordem, muito mais fraca e evidente do que a não-linearidade de segunda ordem, utilizada amplamente na geração de fótons emaranhados, ou seja, fótons que exibem correlações mais fortes do que aquelas previstas por teorias clássicas", explica Coelho.

O pesquisador aponta que a observação de não-linearidade Kerr é bem difícil de ser observada no laboratório, sendo necessário, para este fim, feixes de luz bastante intensos. "No caso de poucos fótons, é extremamente difícil notar efeitos não-lineares do tipo Kerr em meios materiais e nosso trabalho mostrou ser possível emular tal efeito em estados quânticos da luz por meio de operações de adição e subtração de fótons individuais em estados quânticos da luz – operações fundamentais da teoria quântica."

O artigo, que tem como primeiro autor Luca S. Costanzo, do Istituto Nazioanle di Ottica, em Florença, na Itália, foi publicado em 5 de julho no "Physical Review Letters".

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