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A conversão paramétrica espontânea (SPDC), como fonte de fótons emaranhados, é de grande interesse para a física quântica e a tecnologia quântica, mas até agora só poderia ser implementada em sólidos. Pesquisadores do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (MPL) e do Instituto Jozef Stefan em Ljubljana, Eslovênia, demonstraram, pela primeira vez, o SPDC em um cristal líquido. Os resultados, recentemente publicados em Naturezaabrem caminho para uma nova geração de fontes quânticas: eficientes e sintonizáveis por campo elétrico.
A divisão de um único fóton em dois é uma das ferramentas mais úteis na fotônica quântica. Ele pode criar pares de fótons emaranhados, fótons únicos, luz comprimida e estados de luz ainda mais complicados, essenciais para tecnologias quânticas ópticas. Este processo é conhecido como conversão paramétrica espontânea (SPDC).
O SPDC está profundamente ligado à simetria central. Esta é a simetria em relação a um ponto – por exemplo, um quadrado é centralmente simétrico, mas um triângulo não. Na sua essência – uma divisão de um fotão em dois – o SPDC quebra a simetria central. Portanto, isso só é possível em cristais cuja célula elementar é centralmente assimétrica. O SPDC não pode ocorrer em líquidos ou gases comuns, porque esses materiais são isotrópicos.
Recentemente, porém, pesquisadores descobriram cristais líquidos que possuem uma estrutura diferente, os chamados cristais líquidos nemáticos ferroelétricos. Apesar de fluídicos, esses materiais apresentam forte quebra de simetria central. Suas moléculas são alongadas, assimétricas e, o mais importante, podem ser reorientadas por campos elétricos externos. A reorientação das moléculas altera a polarização dos pares de fótons gerados, bem como a taxa de geração. Dada uma embalagem adequada, uma amostra desse material pode ser um dispositivo muito útil porque produz pares de fótons de forma eficiente, pode ser facilmente sintonizado com o campo elétrico e pode ser integrado em dispositivos mais complexos.
Usando as amostras preparadas no Instituto Jozef Stefan (Ljubljana, Eslovênia) a partir de um cristal líquido nemático ferroelétrico sintetizado pela Merck Electronics KGaA, pesquisadores do Instituto Max-Planck para a Ciência da Luz implementaram o SPDC, pela primeira vez, em um cristal líquido . A eficiência da geração de fótons emaranhados é tão alta quanto nos melhores cristais não lineares, como o niobato de lítio, de espessura semelhante. Ao aplicar um campo elétrico de apenas alguns Volts, eles conseguiram ligar e desligar a geração de pares de fótons, bem como alterar as propriedades de polarização desses pares. Esta descoberta dá início a uma nova geração de fontes de luz quântica: flexíveis, ajustáveis e eficientes.
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