Uma inovação no campo da nanotecnologia, envolvendo minúsculas “armadilhas de luz” impressas em 3D, surge como um divisor de águas para o avanço da internet quântica. Desenvolvidas por pesquisadores europeus, essas estruturas prometem armazenar informações quânticas de forma rápida e confiável. O avanço, publicado em janeiro de 2026, é um passo crucial para a construção de redes quânticas globais.
A perda de sinal em longas distâncias é um dos principais desafios nos sistemas de comunicação quântica atuais, impedindo que a informação quântica viaje efetivamente. As memórias quânticas são essenciais para viabilizar repetidores quânticos, permitindo que a informação salte pela rede através do emaranhamento, em vez de se dissipar. Este novo estudo apresenta uma solução robusta para o problema.
A pesquisa, fruto da colaboração entre a Humboldt-Universität zu Berlin, o Leibniz Institute of Photonic Technology e a University of Stuttgart, introduz um tipo de memória quântica construída a partir de estruturas nanoprintadas em 3D. As chamadas “armadilhas de luz” são preenchidas com vapor atômico.
Ao integrar luz e átomos em um único chip, a equipe criou uma plataforma escalável e facilmente integrável em sistemas fotônicos quânticos. Este avanço foi detalhado no site ScienceDaily.com.
Inovação nas armadilhas de luz e sua fabricação
As “armadilhas de luz” são guias de onda de núcleo oco projetados para direcionar a luz com precisão, ao mesmo tempo em que permitem acesso ao seu espaço interno. Este design representa uma vantagem significativa sobre as fibras de núcleo oco convencionais, que podem levar meses para serem preenchidas com vapor atômico.
Em contraste, a estrutura aberta das armadilhas de luz permite que os átomos de césio se difundam para o núcleo muito mais rapidamente. Isso reduz o processo de preenchimento para apenas alguns dias, sem comprometer o desempenho óptico.
A fabricação dessas estruturas utiliza litografia de polimerização de dois fótons, empregando sistemas comerciais de impressão 3D. Essa abordagem permite aos pesquisadores imprimir guias de onda de núcleo oco complexos diretamente em chips de silício com extrema precisão.
Para proteger os dispositivos de reações químicas com o césio, os guias de onda são revestidos com uma camada protetora, garantindo estabilidade a longo prazo. Testes mostraram ausência de degradação mesmo após cinco anos de operação.
“Criamos uma estrutura de guia que permite a difusão rápida de gases e fluidos dentro de seu núcleo, com a versatilidade e reprodutibilidade fornecidas pelo processo de nanoprinting 3D”, explicou a equipe de pesquisa.
Armazenamento e escalabilidade para a internet quântica
Dentro das armadilhas de luz, pulsos luminosos de entrada são eficientemente convertidos em excitações coletivas dos átomos circundantes. Após um tempo de armazenamento selecionado, um laser de controle reverte esse processo e libera a luz armazenada exatamente quando necessário.
Em uma demonstração crucial, os pesquisadores armazenaram com sucesso pulsos de luz muito fracos, contendo apenas alguns fótons, por várias centenas de nanossegundos. A expectativa é estender essa abordagem para armazenar fótons únicos por muitos milissegundos no futuro.
Um avanço notável foi a integração de múltiplas memórias de armadilha de luz em um único chip, posicionado dentro de uma célula de vapor de césio. As medições indicaram que diferentes armadilhas de luz com o mesmo design entregaram desempenho de armazenamento quase idêntico em dois dispositivos separados no mesmo chip.
Essa consistência é vital para a construção de sistemas quânticos escaláveis. A alta reprodutibilidade é atribuída à precisão do processo de nanoprinting 3D, com variações dentro de um único chip mantidas abaixo de 2 nanômetros e entre chips abaixo de 15 nanômetros.
Tal controle rigoroso é fundamental para o multiplexing espacial, uma técnica que pode aumentar dramaticamente o número de memórias quânticas operando juntas em um dispositivo.
As memórias quânticas baseadas em armadilhas de luz impressas em 3D abordam desafios persistentes na tecnologia quântica. Em redes de repetidores quânticos, elas poderiam sincronizar múltiplos fótons únicos simultaneamente, impulsionando significativamente a eficiência da comunicação quântica de longa distância.
Na computação quântica fotônica, essas memórias fornecem um controle preciso, prometendo acelerar o desenvolvimento de sistemas mais robustos e eficientes.
A capacidade de fabricação em escala e a estabilidade a longo prazo posicionam essa tecnologia como um pilar fundamental para a próxima geração da internet e da computação quântica, aproximando a realidade de uma rede global de informações quânticas.
