Uma nova pesquisa quântica fornece insights sobre como a luz quântica pode ser dominada

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Uma metassuperfície com modulação totalmente óptica do índice de refração induz emaranhamento quântico de caminho de rotação de cor em um único fóton transmitido. Crédito: Laboratório Nacional de Los Alamos

Uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos propõe que metassuperfícies quânticas moduladas podem controlar todas as propriedades dos qubits fotônicos, um avanço que poderia impactar os campos de informação quântica, comunicações, sensoriamento e imagem, bem como coleta de energia e momento. Os resultados do estudo foram divulgados ontem na revista Physical Review Letters , publicada pela American Physical Society.

"As pessoas estudam metassuperfícies clássicas há muito tempo", diz Diego Dalvit, que trabalha no grupo de Matéria Condensada e Sistemas Complexos da Divisão Teórica do Laboratório. “Mas tivemos essa nova ideia, que era modular no tempo e no espaço as propriedades ópticas de uma metassuperfície quântica que nos permite manipular, sob demanda, todos os graus de liberdade de um único fóton, que é a unidade mais elementar de luz."

Metasuperfícies são estruturas ultrafinas que podem manipular a luz de maneiras não comumente vistas na natureza. Nesse caso, a equipe desenvolveu uma metassuperfície que parecia uma série de cruzes giradas, que eles podem manipular com lasers ou pulsos elétricos. Eles então propuseram disparar um único fóton através da metassuperfície, onde o fóton se divide em uma superposição de muitas cores, caminhos e estados giratórios que estão todos entrelaçados, gerando o chamado emaranhamento quântico - o que significa que o único fóton é capaz de herdar todos esses propriedades diferentes ao mesmo tempo.

"Quando a metassuperfície é modulada com laser ou pulsos elétricos, pode-se controlar a frequência do único fóton refratado , alterar seu ângulo de trajetória, a direção de seu campo elétrico, bem como sua torção", diz Abul Azad, do Center for Nanotecnologias Integradas na Divisão de Física de Materiais e Aplicações do Laboratório.

Ao manipular essas propriedades, essa tecnologia poderia ser usada para codificar informações em fótons que viajam dentro de uma rede quântica, tudo desde bancos, computadores quânticos e entre a Terra e satélites. Codificar fótons é particularmente desejável no campo da criptografia porque os "bisbilhoteiros" são incapazes de ver um fóton sem alterar sua física fundamental , o que, se feito, alertaria o emissor e o receptor de que a informação foi comprometida.

Os pesquisadores também estão trabalhando em como extrair fótons do vácuo modulando a metassuperfície quântica.

"O vácuo quântico não está vazio, mas cheio de fótons virtuais passageiros. Com a metassuperfície quântica modulada, é possível extrair e converter fótons virtuais em pares de fótons reais ", diz Wilton Kort-Kamp, que trabalha na Divisão Teórica do Laboratório Grupo de matéria condensada e sistemas complexos.

Aproveitar fótons que existem no vácuo e dispará-los em uma direção deve criar propulsão na direção oposta. Da mesma forma, mexer o vácuo deve criar movimento de rotação dos fótons torcidos. A luz quântica estruturada poderia, então, um dia ser usada para gerar impulso mecânico, usando apenas pequenas quantidades de energia para impulsionar a metassuperfície.

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Formas complexas de fótons para impulsionar futuras tecnologias quânticas
Informações do periódico: cartas de revisão física
Fornecido pelo Laboratório Nacional de Los Alamos

Mais informações: Wilton JM Kort-Kamp et al, Space-Time Quantum Metasurfaces, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.043603

Fonte: Phys News / pelo Laboratório Nacional de Los Alamos / 22-07-2021

https://phys.org/news/2021-07-quantum-insights-mastered.html    

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.

Participa do projeto S`CoolGroundObservation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The GlobeProgram / NASA GlobeCloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela NationalOceanicandAtmosphericAdministration (NOAA) e U.S DepartmentofState.

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