Novo avanço na programação de circuitos ópticos: computação leve com fibras finas

Recentemente, cientistas da Universidade Heriot-Watt (Reino Unido) descobriram um novo método poderoso para programar circuitos ópticos.
Este método pode desempenhar um papel crucial na realização de tecnologias futuras, como redes de comunicação inquebráveis ​​e computadores quânticos ultrarrápidos. A pesquisa já foi publicada na revista Nature Physics.
Mehul Malik, físico experimental e professor de física na Escola de Engenharia e Ciências Físicas da Universidade Heriot-Watt, no Reino Unido, explica: "A luz pode transportar uma enorme quantidade de informação, e os circuitos ópticos, que computam com a luz em vez de eletricidade, são vistos como o próximo grande salto na tecnologia da computação."
"Mas à medida que os circuitos ópticos se tornam maiores e mais complexos, eles são cada vez mais difíceis de controlar e fabricar - o que pode afetar seu desempenho. Nossa pesquisa demonstra outra abordagem mais geral para projetar circuitos ópticos, usando processos que ocorrem naturalmente."
O professor Mehul Malik e sua equipe conduziram suas pesquisas utilizando fibras ópticas comerciais. Amplamente utilizado em todo o mundo para transmitir Internet para residências e empresas individuais, esse tipo de fibra é mais fino que a largura de um fio de cabelo humano e utiliza luz para transmitir dados.
Aproveitando o comportamento natural de dispersão da luz nas fibras ópticas, eles descobriram que os circuitos ópticos dentro das fibras poderiam ser programados de uma forma muito precisa.
"Quando a luz entra em uma fibra óptica, ela se espalha e se mistura de maneiras complexas. Ao compreender esse processo complexo e moldar com precisão a luz que entra na fibra, encontramos uma maneira de criar circuitos de luz em meio a esse caos."
Os circuitos ópticos são essenciais para o futuro das tecnologias quânticas, que são projetadas em nível microscópico, trabalhando com átomos ou fótons individuais (partículas de luz). Essas tecnologias incluem computadores quânticos poderosos com enorme poder de processamento e redes de comunicação quântica que não podem ser hackeadas.
O professor Mehul Malik explica: "Por exemplo, circuitos ópticos são necessários no final das redes de comunicação quântica para que as informações possam ser medidas após viajarem longas distâncias. Eles também são uma parte fundamental dos computadores quânticos para realizar cálculos complexos em partículas de luz."
Os computadores quânticos prometem avanços significativos em áreas como desenvolvimento de medicamentos, previsão climática e exploração espacial. O aprendizado de máquina – inteligência artificial – é outra área onde circuitos ópticos são usados ​​para processar grandes quantidades de dados rapidamente.
O professor Mehul Malik ressalta que o poder da luz reside em sua multidimensionalidade: "Podemos codificar muitas informações em uma única partícula de luz. Sua estrutura espacial, sua estrutura temporal, sua cor. Se você puder calcular todas essas propriedades em ao mesmo tempo, você pode liberar um tremendo poder de processamento."
Os pesquisadores também mostraram como seus circuitos ópticos programáveis ​​podem ser usados ​​para manipular o emaranhamento quântico. Este é um fenômeno no qual duas ou mais partículas quânticas, como os fótons, permanecem conectadas mesmo quando estão distantes. O emaranhamento desempenha um papel importante em muitas tecnologias quânticas, como a correção de erros em computadores quânticos e a implementação dos tipos mais seguros de criptografia quântica.
O professor Mehul Malik e seu grupo de pesquisa do Laboratório de Informações Quânticas Binárias da Universidade Heriot-Watt conduziram o estudo com acadêmicos colaboradores de instituições como a Universidade de Lund na Suécia, a Universidade Sapienza de Roma na Itália e a Universidade de Twente na Holanda.
A investigação foi financiada pela QuantERA, uma rede europeia líder de 39 organizações públicas de financiamento da investigação (rfo) de 31 países, incluindo a Agência Austríaca de Promoção da Investigação (FFG) - a agência nacional de financiamento da investigação e desenvolvimento industrial da Áustria; e o Conselho Europeu de Investigação (ERC) – a organização de financiamento da UE para investigação de ponta.