Redução na velocidade da luz é obtida dentro de um chip de silício

Cada uma das 32 unidades inseridas nesse chip, que mede 10 centímetros quadrados, é um integrado de espectroscopia atômica que pode ser usado para controlar a velocidade dos pulsos de luz.[Imagem: C. Lagattuta/UFSC]

A informática é ávida por aumentos de velocidade. Mas, para obter a velocidade definitiva, tornando os chips ópticos uma realidade, com a substituição da eletricidade pela luz, uma redução na velocidade da luz pode ser um passo muito útil.

E foi justamente isso o que fizeram cientistas da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, nos Estados Unidos.

O grupo do professor Holger Schmidt criou um pequeno dispositivo óptico capaz de reduzir a velocidade da luz em 1.200 vezes, a menor taxa de propagação da luz obtida em um chip de silício até hoje – e, pela primeira vez, operando a temperatura ambiente.

Controle da velocidade da luz

Embora as fibras ópticas transmitam dados à velocidade da luz, o roteamento e as operações de processamento de dados ainda precisam converter os sinais de luz em sinais eletrônicos.

O processamento totalmente óptico de dados vai exigir equipamentos compactos e confiáveis capazes de retardar, armazenar e processar pulsos de luz. E neste ponto que o novo chip avança.

A capacidade de controlar os pulsos de luz dentro de um chip é um grande passo para tornar realidade as redes de comunicações quânticas totalmente ópticas, com vastas melhorias na velocidade e no consumo de energia na transmissão de dados.

“Diminuir a velocidade da luz e outros efeitos de coerência quântica já são conhecidos há algum tempo, mas para utilizá-los em aplicações práticas temos de ser capazes de aplicá-los em uma plataforma que possa ser produzida em massa e funcione a temperatura ambiente ou mais alta, e é isso o que os nossos chips obtiveram,” disse Schmidt.

Como a velocidade da luz é diminuída

A manipulação da luz é feita por uma nuvem de vapor de átomos de rubídio, colocada dentro do espaço oco de um guia de ondas óptico. [Imagem: Wu et al./Nature Photonics]

A base do novo chip é um equipamento de espectroscopia atômica totalmente integrado, criado pela mesma equipe em 2007.

A manipulação da luz é feita por uma nuvem de vapor de átomos de rubídio, colocada dentro do espaço oco de um guia de ondas óptico.

Sob a ação combinada de dois lasers (um laser de sinal e um laser de controle), os elétrons nos átomos de rubídio são postos em uma superposição coerente de dois estados quânticos.

No estranho mundo da física quântica, esses elétrons passam a existir em dois estados diferentes ao mesmo tempo. Um dos resultados disso é um efeito conhecido como a transparência eletromagneticamente induzida, que é fundamental para diminuir a velocidade da luz.

“Normalmente, o vapor de rubídio absorve a luz do laser de sinal, não deixando passar nada. Então você liga o laser de controle e voilá, o material torna-se transparente e o pulso do laser de sinal não apenas atravessa, mas também se move muito mais lentamente,” explica Schmidt.

Interações entre a luz e a matéria

Ao utilizar o avanço anterior do chip de espectroscopia atômica, a equipe obteve efeitos quânticos que permitem não apenas tornar a luz mais lenta, mas também outras interações entre a luz e a matéria que abrem a possibilidade de novos dispositivos ópticos radicalmente novos, voltados para a computação quântica e para os sistemas de comunicação quântica.

Além disso, segundo Schmidt, o sistema é mais fácil de ser ligado e desligado e ajusta-se à velocidade de luz com que se deseja trabalhar. “Mudando a potência de um laser de controle nós podemos mudar a velocidade da luz – apenas girando o botão de controle de potência.”

“[Nosso chip] tem implicações para estudos efeitos ópticos não-lineares muito além de diminuir a velocidade da luz”, continua ele. “Nós podemos usá-lo para criar chaves totalmente ópticas, detectores de fótons únicos, dispositivos de memória quântica, e várias outras possibilidades entusiasmantes.”

Avanços na fotônica

Em 2005, cientistas da IBM conseguiram frear a luz no interior de um chip de silício, obtendo então uma redução de 300 vezes, mas em um aparato funcionando em temperatura criogênica.

Outro passo importante no campo da fotônica foi a criação de uma memória óptica que armazena e recupera pulsos de luz individuais.

Fonte: Inovação Tecnológica