Cientistas descobrem novas dimensões ocultas em um único fóton

Tipo principal do conteúdo: Pesquisa científica aplicada em tecnologia quântica

Físicos da Universidade de Witwatersrand, na África do Sul, em colaboração com colegas da Universitat Autònoma de Barcelona, demonstraram avanços significativos no controle de luz em nível quântico. Ao manipular padrões espaciais, temporais e espectrais de fótons, os pesquisadores conseguiram criar partículas de luz estruturadas, conhecidas como fótons estruturados. Essa abordagem permite a geração de estados quânticos de alta dimensionalidade, ampliando as possibilidades para comunicação quântica de alta capacidade e tecnologias quânticas emergentes.

O estudo, publicado na revista Nature Photonics, destaca o rápido desenvolvimento de ferramentas para criar, controlar e medir luz quântica estruturada. Entre os métodos em destaque estão a fotônica integrada em chips, óptica não linear e conversão de luz em múltiplos planos. Essas técnicas estão transformando conceitos laboratoriais em sistemas práticos para aplicações como imageamento, sensoriamento e redes quânticas.

Um dos principais diferenciais técnicos dessa inovação é a capacidade de codificar mais informações em cada fóton, aumentando a eficiência e a resistência a interferências em sistemas de comunicação quântica. No entanto, desafios permanecem, especialmente na transmissão de fótons estruturados por longas distâncias, devido à sensibilidade desses estados a condições do ambiente óptico. Para superar essas limitações, os pesquisadores exploram propriedades topológicas dos estados quânticos, buscando maior estabilidade e preservação da informação mesmo em situações de fragilidade do emaranhamento.

O campo de óptica quântica estruturada está em rápida expansão, com avanços em entrelaçamento multidimensional, detecção ultrarrápida e dispositivos compactos em chip. Essas inovações prometem aplicações em imageamento quântico de alta resolução, medições extremamente precisas e redes quânticas capazes de transmitir grandes volumes de dados. O cenário aponta para um futuro promissor, embora ainda sejam necessários desenvolvimentos para aumentar a dimensionalidade, a produção de fótons e a robustez dos estados quânticos frente a ambientes ópticos reais.