Apa³s a "primeira revolução qua¢ntica" - o desenvolvimento de dispositivos como lasers e o rela³gio ata´mico - a "segunda revolução qua¢ntica" estãoatualmente em pleno andamento. Especialistas de todo o mundo estãodesenvolvendo tecnologias fundamentalmente novas baseadas na física qua¢ntica. Uma aplicação chave éa comunicação qua¢ntica, onde as informações são escritas e enviadas a  luz. Para muitas aplicações que fazem uso de efeitos qua¢nticos, a luz deve estar em um determinado estado - ou seja, um aºnico estado de fa³ton. Mas qual éa melhor maneira de gerar esses estados de fa³ton aºnico? No PRX Quantum Journal, pesquisadores de Ma¼nster, Bayreuth e Berlin (Alemanha) já propuseram uma maneira inteiramente nova de preparar sistemas qua¢nticos a fim de desenvolver componentes para a tecnologia qua¢ntica.

Na opinia£o dos especialistas, éaltamente promissor usar sistemas qua¢nticos para gerar estados de fa³ton aºnico . Um exemplo bem conhecido de tal sistema qua¢ntico éum ponto qua¢ntico. Esta éuma estrutura semicondutora, com apenas alguns nana´metros de tamanho. Os pontos qua¢nticos podem ser controlados usando pulsos de laser. Embora pontos qua¢nticostem propriedades semelhantes a s dos a¡tomos, eles estãoembutidos em uma matriz de cristal, o que geralmente émais prático para aplicações. "Os pontos qua¢nticos são excelentes para gerar fa³tons aºnicos, e isso éalgo que já estamos fazendo em nossos laboratórios quase todos os dias", disse o Dr. Tobias Heindel, que dirige um laboratório experimental para comunicação qua¢ntica na Universidade Tanãcnica de Berlim. “Mas ainda hámuito espaço para melhorias, principalmente na transferaªncia dessa tecnologia do laboratório para aplicações reais”, acrescenta.

Uma dificuldade que deve ser superada éseparar os fa³tons individuais gerados do pulso de laser excitante. Em seu trabalho, os pesquisadores propaµem um manãtodo inteiramente novo de resolver esse problema. "A excitação explora um processo de oscilação no sistema qua¢ntico", explica Thomas Bracht, da Ma¼nster University, principal autor do estudo. "Para isso, usamos um ou mais pulsos de laser que tem frequências muito diferentes das do sistema. Isso torna a filtragem espectral muito fa¡cil."

Os cientistas definem o "processo de oscilação" como um comportamento particular daspartículas excitadas pela luz do laser no sistema qua¢ntico - os elanãtrons ou, para ser mais preciso, pares elanãtron-buraco (excitons). Aqui, a luz laser de dois lasers éusada, os quais emitem pulsos de luz quase simultaneamente. Como resultado da interação dos pulsos entre si, ocorre uma modulação rápida e, a cada ciclo de modulação, a parta­cula ésempre um pouco excitada, mas depois mergulha novamente em direção ao estado fundamental. Neste processo, entretanto, ele não cai de volta ao seunívelanterior, mas éexcitado com mais força a cada balana§o atéatingir o estado ma¡ximo. A vantagem deste manãtodo éque o lasera luz não tem a mesma frequência que a luz emitida pelaspartículas excitadas. Isso significa que os fa³tons gerados a partir do ponto qua¢ntico podem ser claramente atribua­dos.

A equipe simulou esse processo no sistema qua¢ntico, fornecendo orientações para a implementação experimental. "Tambanãm explicamos a física do processo de swing-up, o que nos ajuda a obter uma melhor compreensão da dina¢mica do sistema qua¢ntico", diz a professora associada Dra. Doris Reiter, que liderou o estudo.

Para poder usar os fa³tons na comunicação qua¢ntica , eles precisam possuir certas propriedades. Além disso, qualquer preparação do sistema qua¢ntico não deve ser influenciada negativamente por processos ambientais ou influaªncias perturbadoras. Em pontos qua¢nticos, especialmente a interação com o material semicondutor circundante éfrequentemente um grande problema para esses esquemas de preparação. “Nossas simulações numanãricas mostram que as propriedades dos fa³tons gerados após o processo de swing-up são compara¡veis ​​aos resultados de manãtodos estabelecidos de geração de fa³tons aºnicos, que são menos práticos”, acrescenta o Prof. Martin Axt, que chefia a equipe de pesquisadores do Bayreuth.

O estudo constitui um trabalho tea³rico. Como resultado da colaboração entre grupos teóricos e experimentais, entretanto, a proposta estãomuito próxima das condições laboratoriais experimentais realistas, e os autores estãoconfiantes de que uma implementação experimental do esquema serápossí­vel em breve. Com seus resultados, os pesquisadores estãodando mais um passo em direção ao desenvolvimento das tecnologias qua¢nticas de amanha£.