Em novo marco, físicos armazenaram e transportaram luz usando memória quântica

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Créditos: DrPixel / Getty Images.

Por David Nield
Publicado na ScienceAlert

O armazenamento e a transferência de informações são uma parte fundamental de qualquer sistema de computação, e os sistemas de computação quântica não são diferentes – se vamos nos beneficiar da velocidade e segurança dos computadores quânticos e de uma Internet quântica, então vamos precisar descobrir como deslocar e armazenar os dados quânticos.

Uma das maneiras pelas quais os cientistas estão abordando isso é por meio da memória quântica óptica, ou o uso da luz para armazenar dados como mapas de estados de partículas, e um novo estudo relata o que os pesquisadores estão chamando de um marco no campo: o armazenamento e transferência de luz usando memória quântica.

Os pesquisadores não foram capazes de transferir a luz muito longe – apenas 1,2 milímetros – mas o processo descrito aqui pode formar a base dos computadores com energia quântica e sistemas de comunicação do futuro.

Para alcançar a façanha, os cientistas usaram átomos de rubídio-87 ultrafrios como meio de armazenamento para a luz, oferecendo altos níveis de eficiência e vida útil – algo que os físicos quânticos estão sempre lutando para maximizar.

A própria partícula de luz é efetivamente mapeada em estados de excitação entre os elétrons do átomo. Isso forma uma interação elétron-fóton chamada polariton, permitindo que a luz seja armazenada no zumbido do elétron de um átomo. Uma correia transportadora óptica foi, então, usada para mover os átomos com essa carga de luz de um ponto a outro.

“Nós armazenamos a luz colocando-a em uma mala, por assim dizer, só que no nosso caso a mala era feita de uma nuvem de átomos frios”, disse o físico Patrick Windpassinger, da Universidade de Mainz, na Alemanha. “Deslocamos esta mala por uma curta distância e depois apagamos a luz novamente.

“Isso é muito interessante não só para a física em geral, mas também para a comunicação quântica, porque a luz não é muito fácil de ‘capturar’, e se você quiser transportá-la para outro lugar de forma controlada, ela geralmente acaba sendo perdida”.

A configuração que Windpassinger e seus colegas criaram significa que a luz pode ser transportada com muito pouco impacto em suas propriedades – o que é essencial se você estiver procurando mover informações de um ponto a outro.

Este trabalho baseia-se em uma técnica semelhante conhecida como transparência eletromagneticamente induzida ou TEI, onde os átomos podem ser usados ​​como armazenamento para capturar e mapear pulsos de luz. Como o processo é reversível, esses pulsos de luz podem ser recuperados novamente no futuro.

A novidade aqui é que a TEI é adaptada para deslocar a luz para uma distância maior do que o tamanho do próprio meio de armazenamento. A luz não está apenas sendo colocada dentro de uma mala e depois puxada para fora novamente, ela também está sendo movida – isso não é fácil de fazer enquanto evita qualquer aumento de temperatura ou qualquer deslocamento dentro da mala.

Como seria de se esperar com esse tipo de inovação, há um longo caminho a percorrer antes que isso seja prático, e os pesquisadores agora querem tentar aumentar a capacidade de armazenamento de seu sistema e a distância que ele pode percorrer.

Uma das áreas de pesquisa em que a abordagem pode ser útil é no desenvolvimento de memória racetrack, um tipo experimental de armazenamento de dados que promete grandes avanços nas velocidades e no desempenho dos dispositivos que temos hoje. Ser capaz de armazenar e deslocar a luz pode ser o suficiente para resolver alguns dos problemas de desenvolvimento que a memória racetrack enfrentou até agora.

“Ao estender o protocolo experimental no futuro, deixamos ao alcance uma memória racetrack de luz com diferentes seções de leitura e escrita”, escrevem os pesquisadores em seu paper.

A pesquisa foi publicada na Physical Review Letters.