Um estudo inovador introduziu cavidades nano-optomecânicas avançadas, abrindo caminho para redes quânticas mais eficientes e tecnologias de computação e comunicação quânticas aprimoradas. A capacidade de transmitir informações de forma coerente em bandas do espectro eletromagnético, das microondas ao infravermelho, é crítica para o desenvolvimento de redes quânticas avançadas para computação e comunicações.
Pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), no Brasil, em colaboração com colegas do Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Zurique (ETHZurich) e da Universidade de Tecnologia de Delft (TU Delft), na Holanda, conduziram um estudo com foco no uso de cavidades nano-optomecânicas nesse sentido. Esses ressonadores em nanoescala facilitam a interação entre vibrações mecânicas de alta frequência e luz infravermelha em comprimentos de onda usados na indústria de telecomunicações.
Um artigo sobre esta pesquisa foi publicado recentemente na revista Nature Communications.
Preenchendo a lacuna entre circuitos supercondutores e fibras ópticas
"Os ressonadores nanomecânicos são uma ponte entre os circuitos supercondutores e as fibras ópticas. Os circuitos supercondutores são atualmente uma das tecnologias de computação quântica mais promissoras, enquanto as fibras ópticas são frequentemente utilizadas como transmissores de informações de longa distância, com baixo ruído e sem perda de sinal", disse Thiago Alegre, professor do Instituto de Física Gleb-Vatakin (IFGW-UNICAMP) e último autor do artigo.
Uma das principais inovações desta pesquisa é a introdução da optomecânica dissipativa, disse Allegre. Os dispositivos optomecânicos tradicionais dependem de interações puramente dispersivas, onde apenas os fótons localizados dentro da cavidade podem ser efetivamente dispersos. Na optomecânica dissipativa, os fótons podem ser espalhados diretamente do guia de ondas para o ressonador.
Antes deste estudo, as interações optomecânicas dissipativas só haviam sido demonstradas em baixas frequências mecânicas, o que excluía aplicações importantes, como a transferência de estado quântico entre os domínios do fóton (óptico) e do fônon (mecânico). Este estudo é o primeiro a demonstrar que um sistema optomecânico dissipativo opera em frequências mecânicas que excedem a largura de linha óptica.
“Conseguimos aumentar a frequência mecânica em duas ordens de grandeza e aumentar a taxa de acoplamento optomecânico em um fator de dez. Isso oferece perspectivas muito promissoras para o desenvolvimento de dispositivos mais eficientes”, disse Allegre.
Os dispositivos são fabricados em colaboração com a Delft University of Technology e projetados usando tecnologias comprovadas da indústria de semicondutores. Os feixes de nano-silício estão suspensos no ar e podem vibrar livremente, de modo que a luz infravermelha e a vibração mecânica são restritas ao mesmo tempo. Guias de ondas colocados lateralmente permitem que a fibra se acople à cavidade, criando um acoplamento dissipativo, um elemento-chave dos resultados demonstrados pelos pesquisadores.
Esta pesquisa oferece novas possibilidades para a construção de redes quânticas. Além desta aplicação direta, também estabelece as bases para futuras pesquisas básicas. “Esperamos ser capazes de manipular os modos mecânicos individualmente e aliviar as não linearidades ópticas em dispositivos optomecânicos”, disse Allegre.
Referências "Optomecânica dissipativa em ressonadores nanomecânicos de alta frequência" por André G. Primo, Pedro V. Pinho, Rodrigo Benevides, Simon Gröblacher, Gustavo S. Wiederhecker e Thiago P. Mayer Alegre, 18 de setembro de 2023, "Nature Communications".
DOI:10.1038/s41467-023-41127-7
Fonte compilada: ScitechDaily