Eletrônica – Tecnologia de controle da velocidade da luz

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Eletrônica

Redução na velocidade da luz é

obtida dentro de um chip de silício

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/09/2010

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. É 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 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.

	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]

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. (=Relativa a temperaturas muito baixas, ou à determinação delas.).

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

Bibliografia:

Slow light on a chip via atomic quantum state control

Bin Wu, John F. Hulbert, Evan J. Lunt, Katie Hurd, Aaron R. Hawkins, Holger Schmidt

Nature Photonics

05 September 2010

Vol.: Published online

DOI: 10.1038/nphoton.2010.211