Coherent Control of Photon Correlations in Trapped Ion Crystals<\/a>, publicado na Physical Review Letters (PRL) conseguiu desvendar. Os cientistas e professores da Universidade Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar) Romain Bachelard e Andr\u00e9 Cidrim, em parceria com pesquisadores da Rep\u00fablica Tcheca, mostraram que, em cadeias de \u00edons de c\u00e1lcio aprisionados, d\u00e1 para manipular o padr\u00e3o de emiss\u00e3o da luz por meio da interfer\u00eancia entre o espalhamento coerente e a emiss\u00e3o espont\u00e2nea.<\/p>\n\n\n\nQuando a luz est\u00e1 mais intensa, os f\u00f3tons se distribuem de forma mais espa\u00e7ada no tempo; quando a intensidade diminui, eles se agrupam. Essa anticorrela\u00e7\u00e3o foi observada em sistemas com at\u00e9 18 \u00edons. A experi\u00eancia foi realizada na Rep\u00fablica Tcheca, em uma colabora\u00e7\u00e3o internacional impulsionada pela curiosidade matem\u00e1tica de Cidrim e Bachelard. O trabalho foi realizado com apoio da FAPESP, CNPq, funda\u00e7\u00f5es tchecas e europeias.<\/p>\n\n\n\n
\u201cA gente n\u00e3o esperava muita f\u00edsica interessante em um sistema de \u00e1tomos que n\u00e3o interagem\u201d, explica Bachelard, que nasceu na Fran\u00e7a, completou sua gradua\u00e7\u00e3o em F\u00edsica e mestrado em Did\u00e1tica e Hist\u00f3ria da Ci\u00eancia (Universit\u00e9 de Lyon, 2004), F\u00edsica Te\u00f3rica (Universit\u00e9 Aix-Marseille, 2005), doutorado em F\u00edsica (Universite Aix-Marseille, 2008) e est\u00e1 h\u00e1 14 anos no Brasil.<\/p>\n\n\n\n
“O Romain me pediu para fazer uma conta considerando que os \u00edons, como a gente considera no experimento que foi feito pelo Lukas Slodicka, na Rep\u00fablica Tcheca, n\u00e3o estavam interagindo (exceto pela repuls\u00e3o Coulombiana, que ajuda a gerar um cristal de \u00edons im\u00f3veis). Na \u00e9poca eu pensei: \u2018mas o que tem de interessante nisso?\u2019\u201d, conta Cidrim, que fez a gradua\u00e7\u00e3o e o Mestrado em F\u00edsica no Instituto de F\u00edsica Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), doutorado no Instituto de F\u00edsica da USP em S\u00e3o Carlos (IFSC), (2017). \u201cVamos fazer a conta e descobrir! E a\u00ed realmente a gente tinha uma express\u00e3o e come\u00e7amos a perceber ser poss\u00edvel criar esse controle da estat\u00edstica da luz, mesmo com os \u00e1tomos n\u00e3o interagindo entre eles. A motiva\u00e7\u00e3o inicialmente foi puramente te\u00f3rica, de olhar uma equa\u00e7\u00e3o e ver o que ela estava nos dizendo\u201d, explica Cidrim, especialista em fen\u00f4menos qu\u00e2nticos macrosc\u00f3picos e dissipa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica.<\/p>\n\n\n\n
Bachelard conta que n\u00e3o h\u00e1 nada em especial em se usar o c\u00e1lcio no experimento, porque o mesmo tipo de efeito poderia ser verificado com outros emissores qu\u00e2nticos, como pontos qu\u00e2nticos, \u00e1tomos frios, mol\u00e9culas ou elementos da fam\u00edlia dos \u201cemissores qu\u00e2nticos\u201d. \u201cTalvez no futuro, n\u00f3s possamos descobrir que o uso de pontos qu\u00e2nticos, e n\u00e3o \u00edons, t\u00eam mais potencial na dire\u00e7\u00e3o de tecnologia qu\u00e2ntica\u201d, explica o cientista, que atua desde 2017 como Professor Adjunto no Departamento de F\u00edsica da UFSCar.<\/p>\n\n\n\n
Fontes ca\u00f3ticas, como l\u00e2mpadas, tendem a agrupar f\u00f3tons. J\u00e1 fontes qu\u00e2nticas, como emissores de f\u00f3tons \u00fanicos, produzem f\u00f3tons mais espa\u00e7ados entre si, um fen\u00f4meno chamado \u201cantibunching\u201d. Lasers, por sua vez, emitem f\u00f3tons sem correla\u00e7\u00e3o entre eles. Para investigar isso, os pesquisadores usaram uma armadilha de Paul linear e colocaram \u00edons de c\u00e1lcio alinhados, entre 2 e 18 \u00edons por vez. Com lasers de 397 nan\u00f4metros, eles estimularam a emiss\u00e3o de luz por esses \u00edons e registraram tanto a intensidade quanto o comportamento dos f\u00f3tons.<\/p>\n\n\n\n
O cientista franc\u00eas lembra que a luz do Sol ou da l\u00e2mpada de casa s\u00e3o exemplos cl\u00e1ssicos de fonte de luz, distribuem f\u00f3tons de forma agrupada. Mas, para a \u00f3tica qu\u00e2ntica, ter controle do agrupamento de f\u00f3tons tem importante impacto tecnol\u00f3gico, como, por exemplo, no processo de criptografia qu\u00e2ntica. \u201cE o nosso resultado \u00e9 esse: pegamos grandes sistemas de emissores qu\u00e2nticos, e se eles s\u00e3o bem resfriados, quase n\u00e3o se deslocam, temos certas dire\u00e7\u00f5es onde os f\u00f3tons vir\u00e3o antiagrupados, coincidindo com as dire\u00e7\u00f5es onde h\u00e1 mais intensidade, o que \u00e9 de fato um pouco contraintuitivo, porque a gente esperaria ter muita luz, mas \u00e9 o contr\u00e1rio.\u201d<\/p>\n\n\n\n
O comportamento dos f\u00f3tons foi medido na pesquisa por meio de uma fun\u00e7\u00e3o de correla\u00e7\u00e3o de segunda ordem denominada g(2)<\/sup>. Ela serve para saber se ao menos dois f\u00f3tons est\u00e3o chegando juntos, separados, ou com algum padr\u00e3o. Esse tipo de medi\u00e7\u00e3o, chamada de autocorrela\u00e7\u00e3o de segunda ordem, \u00e9 o que permite identificar se uma fonte de luz \u00e9 ca\u00f3tica, coerente ou se est\u00e1 emitindo f\u00f3tons \u00fanicos.<\/p>\n\n\n\nCidrim explica que a ideia \u00e9 que essa fun\u00e7\u00e3o matem\u00e1tica, que mede a chance de se observar pares de f\u00f3tons, pode ser generalizada para se medir a coincid\u00eancia de \u201cm\u201d f\u00f3tons, g(m)<\/sup>, algo que agora buscam compreender. \u201cApesar da dificuldade experimental de se medir esse g(m)<\/sup>, podemos ganhar ainda mais informa\u00e7\u00e3o sobre a natureza da luz espalhada por esses emissores, com potencial impacto para \u00e1reas da computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica com \u00edons e f\u00f3tons.\u201d<\/p>\n\n\n\nOs \u00edons foram mantidos a dist\u00e2ncias de alguns micr\u00f4metros uns dos outros, o suficiente para garantir que cada um emitisse de forma independente, mas ainda assim pr\u00f3ximos o bastante para que a interfer\u00eancia entre eles acontecesse. A dist\u00e2ncia entre os \u00edons foi ajustada para mudar o padr\u00e3o de interfer\u00eancia da intensidade, variando de destrutiva (quando a luz se cancela) a construtiva (quando ela se soma).<\/p>\n\n\n\n
A coleta da luz foi feita com dois detectores sens\u00edveis a f\u00f3tons \u00fanicos, em um sistema conhecido como Hanbury Brown\u2013Twiss, que permite medir a fun\u00e7\u00e3o g(2)<\/sup> com base no tempo de chegada dos f\u00f3tons. Nos experimentos com quatro \u00edons, foi poss\u00edvel observar claramente a transi\u00e7\u00e3o entre antibunching (f\u00f3tons mais espa\u00e7ados) e superbunching (f\u00f3tons chegando agrupados mais do que o normal). E quando o n\u00famero de \u00edons aumentou para at\u00e9 18, ainda foi poss\u00edvel ver padr\u00f5es semelhantes, desde que a pot\u00eancia do laser fosse mantida baixa.<\/p>\n\n\n\nEm cadeias maiores de \u00edons, a sensibilidade \u00e0 temperatura e ao movimento aumenta, prejudicando o experimento. Isso pode desfocar os padr\u00f5es de interfer\u00eancia e fazer com que a luz volte a se comportar como luz comum, com estat\u00edsticas ca\u00f3ticas. Mas Bachelard explica que isso ocorre pelo fato de existir limita\u00e7\u00f5es nos equipamentos criados at\u00e9 hoje para realizar o processo de resfriamento do material, algo que, no futuro, pode ser aprimorado.<\/p>\n\n\n\n
\u201cO que est\u00e1 por tr\u00e1s de escalar o sistema, por exemplo, s\u00e3o as limita\u00e7\u00f5es dessas plataformas de \u00edons aprisionados para computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica. Claro que aqui n\u00e3o \u00e9 o nosso enfoque, nosso enfoque \u00e9 a f\u00edsica fundamental, mas \u00e0 medida que voc\u00ea aumenta o tamanho do sistema, assim que voc\u00ea ilumina os \u00e1tomos, os \u00edons, eles conversam entre si. Isso porque eles t\u00eam uma intera\u00e7\u00e3o de carga-carga\u201d, refor\u00e7a Cidrim. \u201cUma vez que voc\u00ea perturba um pouco localmente um dos \u00edons, eles come\u00e7am a se mexer. Cada vez mais, quando voc\u00ea escala o sistema, voc\u00ea tem mais modos poss\u00edveis, mais formas desses \u00edons vibrarem. Ent\u00e3o, \u00e9 muito mais f\u00e1cil voc\u00ea, de certa forma, esquent\u00e1-los. Isso tamb\u00e9m est\u00e1 por tr\u00e1s da limita\u00e7\u00e3o do porqu\u00ea que voc\u00ea n\u00e3o pode ter ainda um computador qu\u00e2ntico funcionando com centenas e milhares de \u00edons.\u201d Os cientistas da UFSCar buscam agora ampliar a detec\u00e7\u00e3o dos f\u00f3tons, em conversas com parceiros da Alemanha, com o objetivo de expandir essa mesma pesquisa, que j\u00e1 gerou resultados surpreendentes. Bachelard e Cidrim avaliam como primordial o di\u00e1logo com pesquisadores de diferentes pa\u00edses nesse processo. \u201cSe eu converso s\u00f3 com as pessoas de determinado lugar, as ideias ficam limitadas. \u00c9 importante viajar, conversar com outras pessoas, porque isso nos estimula muito. O recado que eu quero passar \u00e9: trabalhar com pessoas diferentes pode estimular novas ideias\u201d, diz o cientista franc\u00eas. Que a luz desse impulso criativo continue sua busca de clarear as sombras do que a humanidade ainda n\u00e3o sabe sobre a pr\u00f3pria luz, a fim de desenvolver novas tecnologias que colaborem para o nosso desenvolvimento.<\/p>\n\n\n\n
Assista \u00e0 entrevista completa<\/h2>\n\n\n\n