A manipulação de nanoluz fornece novos insights para computação quântica e gerenciamento térmico

Um estudo recente liderado por pesquisadores da University of Minnesota Twin Cities fornece insights fundamentais sobre como a luz, os elétrons e as vibrações de cristal interagem em materiais. A pesquisa tem implicações para o desenvolvimento de arquiteturas on-chip para processamento de informações quânticas, reduzindo significativamente as restrições de fabricação e o gerenciamento térmico.

O campo de pesquisa que estuda o que é chamado de “polaritons hiperbólicos planares” é novo, datando de apenas alguns anos. O artigo de pesquisa, publicado em Comunicações da Naturezafornece uma visão geral do estado atual do campo, explora possíveis caminhos para exploração futura e destaca oportunidades futuras.

Polaritons se referem a uma partícula híbrida que é criada a partir da interação entre luz (fótons) e matéria (excitons, fônons, plasmons). Hiperbólico se refere à dispersão específica que descreve como o comprimento de onda do polariton muda com a frequência incidente (energia) dentro de tais materiais, o que pode permitir a manipulação da luz em direções específicas. Ao combinar esses dois fatores, os pesquisadores estão procurando como manipular a luz em uma direção bem definida.

Uma lâmpada pode ser usada como um exemplo simples dessa teoria. Quando você liga um interruptor, a luz da lâmpada emite uma ampla gama de comprimentos de onda que se dispersam em todas as direções, porque o espaço tem a mesma propriedade em todas as direções. Mas há certos materiais que podem manipular a luz em um espaço 2D, onde neste exemplo, a lâmpada brilharia como um laser ao longo de uma direção bem definida assim que você ligasse o interruptor.

“Ao manipular as propriedades dos polaritons hiperbólicos, podemos tentar desbloquear novas aplicações e avanços em vários setores, como qubits de polaritons (unidades básicas de informação quântica) para um computador quântico compacto”, disse Tony Low, autor sênior do estudo e professor Paul Palmberg no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Minnesota.

“Outras aplicações potenciais desta pesquisa poderiam ser melhorar o gerenciamento térmico em dispositivos específicos, como um transistor”, disse Joshua Caldwell, autor sênior do estudo e professor da Universidade Vanderbilt.

A equipe de pesquisa ofereceu insights sobre os fenômenos físicos, incluindo técnicas para manipular os polaritons hiperbólicos.

Além de Low e Caldwell, a equipe de pesquisa incluiu Hongwei Wang (Universidade de Minnesota Twin Cities), Anshuman Kumar (IIT Bombay), Siyuan Dai (Universidade de Auburn), Xiao Lin (Universidade de Zhejiang), Zubin Jacob (Universidade Purdue), Sang-Hyun Oh (Universidade de Minnesota Twin Cities), Vinod Menon (Universidade de Nova York), Evgenii Narimanov (Universidade Purdue) e Young Duck Kim (Universidade Kyung Hee), Jian-Ping Wang (Universidade de Minnesota Twin Cities), Phaedon Avouris (Universidade de Minnesota Twin Cities) e Luis Martin Moreno (Universidade de Zaragoza).