Cientistas detectam a respiração entre os átomos

Ruoming Peng/Universidade de Washington

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Pesquisadores da Universidade de Washington detectaram a vibração mecânica entre duas camadas de átomos (a respiração dos átomos) observando o tipo de luz que esses átomos emitiam quando estimulados por um laser.

A informação é de um comunicado divulgado pela instituição nesta sexta-feira.

Este novo desenvolvimento pode levar a um novo método de computação quântica. Na verdade, os pesquisadores já projetaram um dispositivo que poderia servir como um novo tipo de bloco de construção para tecnologias quânticas.

"Esta é uma nova plataforma em escala atômica, usando o que a comunidade científica chama de 'optomecânica', na qual a luz e os movimentos mecânicos são intrinsecamente acoplados", disse o autor sênior Mo Li, professor de física e engenharia elétrica e de computação da UW. .

“Ele fornece um novo tipo de efeito quântico envolvido que pode ser utilizado para controlar fótons únicos que passam por circuitos ópticos integrados para muitas aplicações”.

O novo estudo se baseia em trabalhos anteriores que examinaram uma quasipartícula de nível quântico chamada "exciton". A informação pode ser codificada em um exciton e depois liberada na forma de um fóton cujas propriedades quânticas podem funcionar como um bit quântico de informação, ou "qubit", na velocidade da luz.

“A visão panorâmica desta pesquisa é que, para ter uma rede quântica viável, precisamos ter maneiras de criar, operar, armazenar e transmitir qubits de maneira confiável”, disse a principal autora Adina Ripin, estudante de doutorado em física da UW.

“Os fótons são uma escolha natural para transmitir essa informação quântica porque as fibras ópticas nos permitem transportar fótons por longas distâncias em altas velocidades, com baixas perdas de energia ou informação”.

Em seguida, os pesquisadores decidiram testar se poderiam aproveitar os fônons para a tecnologia quântica usando tensão elétrica. Eles descobriram que podiam variar a energia de interação dos fônons associados de maneiras mensuráveis ​​e controláveis ​​e em um único sistema integrado.

Em seguida, a equipe queria poder controlar vários emissores e seus estados de fônon associados, um passo para construir uma base sólida para circuitos quânticos.

“Nosso objetivo geral é criar um sistema integrado com emissores quânticos que possam usar fótons únicos passando por circuitos ópticos e os fônons recém-descobertos para fazer computação quântica e detecção quântica”, disse Li no comunicado.

“Esse avanço certamente contribuirá para esse esforço e ajudará a desenvolver ainda mais a computação quântica que, no futuro, terá muitas aplicações”.

O estudo foi publicado na Nature Nanotechnology.

Resumo do estudo:

A engenharia do acoplamento entre as excitações quânticas fundamentais está no centro da ciência e das tecnologias quânticas. Um caso notável é a criação de fontes de luz quântica nas quais o acoplamento entre fótons e fônons individuais pode ser controlado e aproveitado para permitir a transdução de informações quânticas. Aqui relatamos a criação determinística de emissores quânticos com acoplamento altamente sintonizável entre excitons e fônons. Os emissores quânticos são formados em pontos quânticos induzidos por tensão criados na homobicamada WSe2. A colocalização de éxcitons interlamelares confinados quânticos e fônons de modo respiratório interlamelar terahertz, que modula diretamente a energia do exciton, leva a um acoplamento fônon excepcionalmente forte à emissão de fóton único, com um fator Huang-Rhys atingindo até 6,3. O espectro de fóton único da emissão de éxciton intercamada apresenta uma pureza de fóton único > 83% e múltiplas réplicas de fônon, cada uma anunciando a criação de um estado Fock de fônon no emissor quântico. Devido ao momento de dipolo vertical do éxciton interlayer, a interação fônon-fóton é eletricamente sintonizável para ser maior do que a taxa de decoerência do exciton e do fônon e, portanto, promete atingir o regime de acoplamento forte. Nosso resultado demonstra um sistema excitônico-optomecânico quântico de estado sólido na interface atômica da bicamada WSe2 que emite qubits fotônicos voadores acoplados a fônons estacionários, que podem ser explorados para transdução e interconexão quântica.