Uma colaboração entre investigadores da Alemanha e da China demonstrou uma nova forma de armazenar informação quântica recorrendo a “gaiolas de luz”, estruturas ocas impressas em 3D que aprisionam fótons no interior de um chip. O método reúne confinamento óptico e vapor atómico, permitindo fabricar memórias quânticas escaláveis para redes e computadores baseados em luz.
Estrutura em 3D combina confinamento óptico e vapor atômico
As gaiolas de luz são versões ocas de guias de onda tradicionais, produzidas por nanoimpressão 3D com dimensões na escala dos nanômetros. Após a impressão, as cavidades são preenchidas com vapor de césio, elemento que interage com a luz para criar estados quânticos armazenáveis. O acesso lateral às regiões centrais dos guias permite que o gás se difunda rapidamente, reduzindo o tempo de preenchimento de vários meses — típico das fibras ópticas de núcleo oco — para apenas alguns dias.
Para garantir resistência química a longo prazo, as paredes internas recebem um revestimento protetor. Testes de envelhecimento acelerado indicaram ausência de degradação após cinco anos de operação simulada, resultado essencial para a fiabilidade de dispositivos destinados a infraestruturas de comunicação.
Desempenho equipara latência de memórias eletrônicas
Nos ensaios de laboratório, a equipa converteu pulsos de luz com poucos fótons em excitações coletivas dos átomos de césio. A luz permaneceu presa por várias centenas de nanossegundos e pôde ser recuperada sob demanda por meio de um laser de controlo. Esse intervalo de retenção equivale à latência observada em memórias eletrônicas atuais, demonstrando que a nova técnica consegue acompanhar os requisitos de velocidade dos sistemas digitais convencionais.
O processo baseia-se num ciclo reversível: quando o laser de escrita atinge o vapor, a energia do pulso óptico transfere-se para os átomos; quando o laser de leitura é aplicado, a informação retorna à forma de luz. A elevada eficiência da conversão minimiza perdas e preserva as propriedades quânticas dos fótons, condição necessária para operações de entrelaçamento e correção de erros em redes quânticas.
Potencial para repetidores e computação quântica fotônica
Repetidores convencionais amplificam sinais clássicos que enfraquecem com a distância, mas essa abordagem não funciona no domínio quântico porque a medição destrói o estado de superposição. Por isso, memórias que recebam, armazenem e devolvam fótons sem perturbar a informação são consideradas etapa decisiva para a futura internet quântica. Segundo os autores, as gaiolas de luz podem servir como nós sincronizadores, alinhando fótons individuais gerados em paralelo e aumentando a eficiência da comunicação de longa distância.
Imagem: Tecnologia Inovação Notícias
Na computação quântica fotônica, os dispositivos propostos podem atuar como retardadores controláveis. Esses atrasos temporais são fundamentais em arquiteturas baseadas em medições, onde o resultado de uma operação condiciona a execução seguinte. A integração em chip e a possibilidade de fabricar múltiplos componentes idênticos por nanoimpressão facilitam a construção de circuitos complexos sem ajustes manuais.
Próximos passos
Os investigadores pretendem prolongar o tempo de armazenamento para escalas de milissegundos e otimizar a eficiência de leitura. A meta é alcançar desempenho compatível com protocolos de distribuição de chaves quânticas e algoritmos fotônicos de maior profundidade. Também estão em curso estudos para integrar fontes de fótons individuais e detetores no mesmo substrato, criando um sistema completo num único chip.
Ao combinar escalabilidade, rapidez de fabrico e estabilidade, a memória quântica baseada em gaiolas de luz surge como candidata promissora para suportar redes quânticas globais e acelerar o avanço da computação quântica baseada em luz.
