Emaranhamento quântico e topologia estão interconectados, diz estudo

Uma pesquisa recente publicada na revista Nature Photonics trouxe avanços significativos e novas perspectivas no funcionamento do chamado emaranhamento quântico , fenômeno pelo qual duas partículas que foram criadas juntas permanecem "conectadas" mesmo após separadas por grandes distâncias. 

No estudo, um grupo de físicos da China, Reino Unido e México relata a primeira demonstração experimental mundial de conversão não linear de skyrmions ópticos. Extensão do conceito de partículas com textura de spin topológicas (como pequenos redemoinhos magnéticos), aqui eles são gerados usando o campo elétrico das ondas eletromagnéticas. 

Desafiando a crença convencional de que cargas topológicas de luz se alteram junto com a conversão da frequência, o novo mecanismo de conversão de frequência não linear de luz estruturada vetorial arbitrária permite que os skyrmions ópticos mantenham sua estrutura topológica dentro do processo de interação não linear.

Skyrmions mantêm sua topologia em uma interação não linear.

Para provar que skyrmions podem manter sua topologia mesmo em interação não linear, os autores entrelaçaram dois fótons idênticos e personalizaram "a sua função de onda partilhada de tal forma que a sua topologia ou estrutura se torna aparente apenas quando os fótons são tratados como uma entidade unificada", explica em um comunicado o autor principal, Pedro Ornelas, da Universidade de Witwatersrand, da África do Sul. 

Estabelecida via emaranhamento quântico, a conexão entre esses fótons permitiu que as partículas continuassem influenciando os resultados de medição umas das outras, mesmo separadas por grandes distâncias, ou “ação assustadora à distância”, como chamada pelos autores.

Para ilustrar o papel da topologia e sua capacidade de preservar propriedades neste trabalho, a equipe faz uma comparação com a forma pela qual uma caneca de café pode ser remodelada na forma de uma rosquinha. “O emaranhado entre nossos fótons é maleável, como argila nas mãos de um oleiro, mas durante o processo de moldagem algumas características são retidas”, compara o coautor André Forbes, também da Wits. 

Skyrmions poderão ser portadores de informação óptica de supercapacidade.

Como geralmente as aplicações com skyrmions são limitadas com base na sua suposta fragilidade na interação com mídias não lineares, o novo estudo promete avanços significativos. Agora, "os skyrmions ópticos são incentivados a serem usados como portadores de informação óptica de supercapacidade de próxima geração em comunicações de longa distância", diz o líder do projeto, Bao-Sen Shi, da Academia Chinesa de Ciências.

Além disso, os pesquisadores estudaram como a frequência da luz pode ser alterada para preservar a estrutura topológica dos skyrmions. Isso foi feito com base em uma geração de soma de frequência não degenerada, ou seja, as duas ondas de luz originais mantiveram suas frequências diferentes.

Os resultados permitiram converter os skyrmions ópticos da região do infravermelho para a região visível do espectro, sem alterar a sua estrutura espacial completa. Assim, este trabalho pode funcionar, na prática, como um guia para construção de um dispositivo capaz de alterar a frequência da luz estruturada, preservando sua configuração única.

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