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Fonoriton
Uma equipe de fĂsicos da Alemanha e da Argentina descobriu que, se vocĂȘ pegar um fluido quĂąntico formado por fĂłtons (luz) e misturĂĄ-lo a outro lĂquido quĂąntico formado por fĂŽnons (som, na frequĂȘncia de GHz), a interação dos dois gera uma quasipartĂcula hĂĄ muito procurada, chamada fonoriton.
O fonoriton Ă© composto por um quantum de luz (fĂłton), um quantum de som (fĂŽnon) e um Ă©xciton semicondutor â este Ășltimo Ă© ele prĂłprio uma quasipartĂcula formada por uma carga negativa emparelhada com uma carga positiva.
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[Imagem: A. S. Kuznetsov et al. â 10.1038/s41467-023-40894-7]
E um fonoriton nĂŁo Ă© uma quasipartĂcula qualquer: Ele permite converter de forma coerente informaçÔes entre os domĂnios Ăłptico e de micro-ondas, trazendo benefĂcios para os campos da fotĂŽnica, optomecĂąnica e das comunicaçÔes de dados em sentido amplo â das atuais fibras Ăłpticas Ă s comunicaçÔes necessĂĄrias para criar uma internet quĂąntica. O modo mais eficiente disponĂvel atĂ© hoje, apresentado hĂĄ poucos dias, usa gases quĂąnticos confinados, mas lidar com quasipartĂculas pode ser ainda mais simples.
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Regime de acoplamento forte
O trabalho, que foi coordenado pelo fĂsico brasileiro Paulo Ventura Santos, do Instituto Paul Drude, na Alemanha, tirou inspiração de um fenĂŽmeno cotidiano: A transferĂȘncia de energia entre dois osciladores acoplados, como, por exemplo, dois pĂȘndulos ligados por uma mola.
Sob condiçÔes especĂficas de acoplamento, conhecidas como regime de acoplamento forte, a energia oscila continuamente entre os dois pĂȘndulos, que nĂŁo sĂŁo mais independentes, jĂĄ que suas frequĂȘncias e taxas de decaimento nĂŁo sĂŁo mais as mesmas de quando estavam desacoplados. Acontece que os osciladores tambĂ©m podem ser estados quĂąnticos fotĂŽnicos ou eletrĂŽnicos e, neste caso, o regime de acoplamento forte Ă© fundamental para o controle e a troca entre estados quĂąnticos.
No exemplo dos dois osciladores mecĂąnicos, ambos tĂȘm a mesma frequĂȘncia. No entanto, a interligação entre mĂșltiplas tecnologias, como a eletrĂŽnica e a quĂąntica, requerem a junção de frequĂȘncias muito diferentes. Por exemplo, enquanto os computadores quĂąnticos mais promissores operam com qubits de micro-ondas (ou seja, a poucos GHz), as informaçÔes quĂąnticas sĂŁo transferidas de forma eficiente usando fĂłtons infravermelhos prĂłximos (centenas de THz). Para criar uma internet quĂąntica, serĂĄ necessĂĄrio prover uma transferĂȘncia bidirecional e coerente de informaçÔes entre esses domĂnios. Ocorre que a conversĂŁo direta entre qubits de micro-ondas e fĂłtons Ă© muito ineficiente.
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Gerador de fonoritons
A equipe agora criou uma alternativa: Mediar a conversĂŁo por uma terceira partĂcula, que possa acoplar-se eficientemente tanto aos qubits de micro-ondas quanto aos fĂłtons. Ă aĂ que surge o interesse no fonoriton: Como ele Ă© formado por uma uniĂŁo dos todos os elementos envolvidos, ele se torna um intermediĂĄrio promissor para interligar as diferentes tecnologias.
A inovação da equipe estĂĄ em criar uma tĂ©cnica bastante simples para produzir fonoritons, que mal haviam sido gerados em laboratĂłrio atĂ© agora, e mesmo assim usando aparatos muito complexos. O novo dispositivo consiste em um ressonador de microcavidade â os gases quĂąnticos ficam presos nas microcavidades, tambĂ©m conhecidas como armadilhas â acoplado a um transdutor piezoelĂ©trico. Fabricado no topo da microcavidade e ao redor da armadilha, o transdutor controla o dispositivo com microondas e injeta fĂŽnons de 7 GHz na armadilha. A interação cria fonoritons de modo coerente e com alta confiabilidade.
O prĂłximo passo serĂĄ utilizar o dispositivo em uma demonstração prĂĄtica de acoplamento entre circuitos operando nas duas faixas de frequĂȘncia.
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Artigo: Microcavity phonoritons â a coherent optical-to-microwave interface
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Foi um brasileiro que criou e coordena o projeto?
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