Eletrônica

Da química da luz aos computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  16/02/2016

Nessa termodinâmica da luz, os fótons são manipulados como as moléculas dentro dos circuitos microfluídicos. [Imagem: M. Hafezi et al. - 10.1103/PhysRevB.92.174305]

Controles de fluxo

Ao lidar com a matéria, existem alguns "botões de controle" muito interessantes.

Gire o botão de controle da temperatura, por exemplo, e a matéria passa de uma fase para outra. Gire o botão do potencial elétrico, e cria-se um fluxo de cargas de um ponto a outro.

Outro fluxo importante é o chamado potencial químico, que controla a energia potencial absorvida ou emitida por um sistema durante as reações químicas. Gire o botão do potencial químico e você gera um fluxo de partículas, permitindo que diferentes átomos se reorganizem, mudando de parceiros, sem afetar o número total de átomos.

Mas será que existe um potencial químico para a luz? E se existir, um desequilíbrio no potencial químico para a luz resultaria em um fluxo de fótons?

Potencial químico para a luz

Em princípio a resposta parece ser não, uma vez que as partículas de luz, os fótons, são regularmente absorvidos quando interagem com a matéria. Assim, o número de fótons presentes não é preservado, como ocorre nas reações químicas.

Mas experimentos recentes têm demonstrado que, sob condições especiais, o número de fótons pode ser conservado, abrindo caminho para a utilização do conceito de potencial químico para a luz.

Uma demonstração experimental pioneira do potencial químico para a luz foi realizada na Universidade de Bonn (Alemanha) em 2010, quando foi criado umsuperfóton, essencialmente uma nova forma de luz.

Agora, uma equipe da Universidade de Maryland, nos EUA, desenvolveu uma descrição teórica generalizada do potencial químico para a luz - representado pela letra grega μ - que mostra como μ pode ser controlado e aplicado em um vasto número de áreas de pesquisa da física.

Química da luz e computadores quânticos

A abordagem genérica para o potencial químico da luz foi estruturada usando um microcircuito lógico no qual os fótons são liberados à vontade em uma matriz de linhas de transmissão.

O dispositivo é do mesmo tipo dos circuitos microfluídicos usados na construção dos biochips, uma ideia que já vinha sendo explorada para criar uma linguagem de programação para automatizar a química. A diferença é que, em vez de moléculas de líquidos interagindo, são fótons que interagem com uma rede de circuitos sintonizáveis, permitindo controlar sua energia, ou seja, seu potencial de reação.

"Um benefício provável no uso do potencial químico da luz como um parâmetro controlável será a realização de simulações quânticas de sistemas de matéria condensada reais," disse Jacob Taylor, um dos idealizadores da estrutura.

Isto é um jeito diferente de se referir a processadores quânticos.

Por exemplo, se os fótons forem cuidadosamente ajustados para serem colocados em um estado de superposição, eles podem funcionar como qubits. Os qubits podem ser então programados para executar as simulações ou quaisquer outros cálculos.

Agora é esperar que os experimentalistas usam o novo conceito para criar novos processadores quânticos ou desenvolvam novas técnicas fotônicas de manipulação que possam servir, entre muitas outras aplicações, para levar a luz para dentro dos processadores.

Bibliografia:

Chemical potential for light by parametric coupling
M. Hafezi, P. Adhikari, Jacob M. Taylor
Physical Review B
Vol.: 92, 174305
DOI: 10.1103/PhysRevB.92.174305