Detectando um único fóton com maior precisão pelo uso de materiais supercondutores (Superconductor Ups Single-Photon Detection Accuracy)

Micrografia de um detector de fóton feito de nanofios supercondutores de siliceto de molibdênio (MoSi). A imagem tem cerca de 35 micrômetros de largura. Cortesia de Verma/NIST.

O aprimoramento da tecnologia de detector de um único fóton feito de nanofios supercondutores oferece reduzido ‘jitter’ temporal com sistemas de refrigeração menos exigentes. Esta maior precisão a uma temperatura mais elevada faz com que o novo detector seja útil para comunicações de pesquisa e experimentos envolvendo emaranhamento quântico e teletransporte.

Pesquisadores do NIST usaram um feixe de elétrons para modelar nanofios em uma película fina feita de siliceto de molibdênio (MoSi),  um supercondutor cerâmico tolerante ao calor. Pesquisadores da Universidade de Genebra, na Suíça e do Jet Propulsion Laboratory, também contribuíram com o trabalho.

O pequeno impulso de energia que ocorre quando um único fóton atinge o dispositivo é suficiente para fazer os nanofios perderem brevemente a sua capacidade supercondutora e tornam-se condutores normais, sinalizando o evento. Detectores de nanofios são super rápido, contando dezenas de milhões de fótons por segundo, e gerando poucas contagens falsas.

Jitter é definido como incerteza no tempo de chegada de um fóton. A criação de um sistema com menos jitter significa que os fótons podem ser espaçados mais estreitamente juntos, mas ainda serem corretamente detectados. Isso poderia permitir a comunicação com taxas de bits mais elevadas, com mais informações transmitidas no mesmo período.

Usando mais corrente elétrica do que um projeto de 2011 baseado em liga de tungstênio-silício, o novo detector reduz os jitters pela metade, de cerca de 150 ps para 76 ps. A absorção de luz e a eficiência foram reforçadas pela incorporação do detector em uma cavidade feita de espelhos de ouro e camadas de outros materiais não reativos. A eficiência de 87% foi demonstrada em 1542 nm, um comprimento de onda usado em telecomunicações. Os dispositivos de tungstênio-silício exibem 93% eficiência. Além disso, o novo detector pode funcionar a 2.3 K, enquanto que o detector de tungstênio-silício exige resfriamento de < 1 K.

“A temperatura de funcionamento mais elevada do MoSi, torna esses dispositivos promissores para uso generalizado devido aos recursos de criogenia menos dispendiosos para a sua operação”, escreveu o pesquisador em Optics Express (doi: 10,1364/OE.23.033792 ).

Fonte1: http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=58148

Fonte2: https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-23-26-33792&origin=search

Teletransporte quântico: cientistas marcam novo recorde nos EUA

 

       Ainda deve demorar um bom tempo até que o teletransporte visto em filmes e séries de ficção científica se torne realidade. Contudo, mesmo que em proporções mínimas, esse tipo de tecnologia já existe, e os progressos, aos poucos, estão crescendo. Um dos avanços nesse campo aconteceu há alguns dias, quando um grupo de cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos (NIST, na sigla em inglês) quebrou um novo recorde no chamado teletransporte quântico.

       Primeiramente, é preciso esclarecer que esse tipo de teletransporte não está diretamente relacionado ao teletransporte humano, uma vez que a ciência ainda não decifrou como é possível transportar matéria ou energia de um determinado ponto para outro. Na prática, isso significa que ainda não é possível teleportar algo ou alguém com segurança, já que para isso é necessário desmaterializar toda sua composição do ponto A e 'montá-la', detalhe por detalhe, no ponto B.

       O teletransporte quântico, portanto, diz respeito não ao transporte de matéria, mas sim de informação. Envolve a captura das características fundamentais de um dado - e seus "estados quânticos" - para transmiti-lo instantaneamente de uma área para outra, e recriá-lo em outro lugar pré-determinado.

       E foi isso o que essa equipe de físicos conseguiu: reproduzir a condição de uma partícula em outra partícula sem ter estabelecido uma interação prévia entre elas. Na técnica, os cientistas teletransportaram um fóton por um cabo de fibra óptica de 102 quilômetros de comprimento. Essa distância representa um salto quatro vezes maior do que o recorde anterior.

       De acordo com Martin Stevens, pesquisador de óptica quântica do NIST, foi usado um equipamento detector de fótons extremamente sensível, já que 99% dos fótons transmitidos pelo teletransporte se perdem no caminho e nunca completam o percurso. Esse detector avançado de um fóton único tem em sua composição fios supercondutores de siliceto de molibdênio (MoSi₂), com cerca de 150 nanômetros de largura e resfriado a cerca de -272 ºC, ou aproximadamente de 1 grau acima do zero absoluto - mais gelado que a superfície de Plutão.

       O que o detector conseguiu foi justamente medir o sinal fraco desse 1% que conseguiu passar pelos 102 km de fibra, tornando a técnica mais eficiente. Para efeito de comparação, esse novo sistema de detecção mostra níveis de performance até 80% melhores que estudos anteriores. Neste caso, o recorde de maior distância percorrida em teletransporte quântico pertencia a uma equipe de físicos de Viena, que usou uma extensão de 144 km entre duas das ilhas Canárias.

       As aplicações do teletransporte quântico são muitas, e beneficiam principalmente o setor de comunicações. Um exemplo é a criação de um supercomputador quântico que pode processar bilhões e bilhões de dados extremamente complexos a velocidades muito acima da média das máquinas atuais mais potentes. Outra possibilidade é levar esse conceito para a internet, garantindo que informações sejam enviadas na rede de uma forma mais segura e com um altíssimo nível de segurança e criptografia.

       Claro que esse é um longo caminho a trilhar, mas a quebra do recorde é um sinal de que os cientistas estão avançando nesse campo de estudo. Segundo Stevens, o próximo passo é desenvolver um detector de fótons ainda mais preciso para aumentar as distâncias percorridas através do teletransporte quântico.

Fonte: http://canaltech.com.br/noticia/ciencia/teletransporte-quantico-cientistas-marcam-novo-recorde-nos-eua-50393/