Cientistas da Universidade Autônoma de Madrid (UAM) argumentam que os fenômenos quânticos mais exóticos e complexos ocorrem em frequências onde os sistemas quânticos emitem menos luz. O trabalho abre novas portas para o desenvolvimento de tecnologias quânticas avançadas ao estudar correlações de múltiplos fótons emitidos por qubits (átomos ou outros sistemas de dois elétrons).
Num artigo recente convidado pela The Royal Society, publicado na prestigiada revista Transações Filosóficas da Royal Society A: Ciências Matemáticas, Físicas e de Engenhariauma equipe da Universidade Autônoma de Madrid (UAM) propõe explorar os fenômenos quânticos mais profundos. Para fazer isso, eles sugerem a varredura em frequências onde os sistemas quânticos emitem menos luz.
Tradicionalmente, a caracterização destes sistemas – como átomos, moléculas ou pontos quânticos – baseia-se na medição da luz nos seus picos espectrais, ou seja, nas frequências onde mais emitem. No entanto, os investigadores sugerem que as interações quânticas mais complexas e exóticas ocorrem paradoxalmente onde a emissão é mais fraca.
Especificamente, a equipe propõe estudar espectros multifótons, conhecidos como espectros de fótons, para revelar processos que não são visíveis em medições convencionais de fótons únicos.
Segundo os pesquisadores, esses processos incluem fenômenos como: transições virtuais, onde os elétrons decaem para níveis de energia mais baixos, ignorando vários intermediários; emaranhamento, quando dois ou mais fótons estão unidos independentemente da distância; espremendo, uma propriedade que leva o princípio da incerteza de Heisenberg aos seus limites; e interferência quântica, que afeta a emissão de um determinado número de fótons.
“Nestas situações, as correlações são de natureza quântica e muito fortes, pelo que podem ser exploradas para as aplicações e tecnologias quânticas que o futuro reserva”, acrescentam os autores.
Uma janela única para a física quântica
Elena del Valle, professora da UAM, e Fabrice Laussy, pesquisador do ICMM-CSIC, investigam esse tipo de processos há mais de uma década. Juntamente com Eduardo Zubizarreta Casalengua, que concluiu com eles a sua tese na UAM e agora é pós-doutorando, colaboram com o grupo experimental de Kai Müller na Universidade Técnica de Munique, trabalhando na demonstração experimental destas ideias.
Este trabalho foi destacado por A Sociedade Real como parte do 15º aniversário da Newton International Fellowship, que del Valle recebeu em 2009.
“Essas descobertas nos aproximam de um futuro onde essas propriedades possam ser exploradas tecnologicamente”, observam os autores. “Nossa pesquisa é baseada em dois pilares teóricos: uma teoria de correlações de fótons resolvidas em frequência e a interação entre campos clássicos e quânticos”, explicam. “As correlações multifótons resolvidas em frequência oferecem uma janela única para a dinâmica quântica, por exemplo, de qubits (sistemas de dois níveis) e sua emissão, fluorescência de ressonância”, elaboram os autores.
Como Newton disse uma vez: ‘Parece que fui apenas uma criança brincando à beira-mar (…), enquanto o grande oceano da verdade se estendia inexplorado diante de mim‘.
Referência bibliográfica:
Dois fótons por toda parte E. Zubizarreta Casalengua, F. P. Laussy, E. del Valle, Transações Filosóficas da Royal Society A: Ciências Matemáticas, Físicas e de Engenharia 382, 2281 (2024) .
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