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

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 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."