Rádio quântico: duas moléculas conversam por fótons individuais

As menores estações de rádio já construídas são duas moléculas, que tocam informações por meio de fótons individuais: uma espécie de rádio quântico.[Imagem: Robert Lettow]

Menor estação de rádio do mundo
No século 19, os pioneiros do rádio mudaram as comunicações humanas ao usar duas antenas dipolo para transmitir e receber informações.
Agora, no início do século 21, cientistas fizeram a primeira transmissão direta de informações entre duas moléculas individuais, estabelecendo aquelas que são as menores "estações de rádio" do mundo.
A primeira molécula, que funciona como transmissor, emite o menor quantum possível de informação - um único fóton - e o envia para a segunda molécula, a vários metros de distância, que recebe com precisão o fóton endereçado a ela.
Enquanto o rádio já está inventado e miniaturizado, essas novas "estações quânticas" representam um grande potencial para o processamento de informações transportadas por fótons individuais, e armazenadas ou processadas por bits moleculares.
Transmissão de fótons
Os cientistas já haviam operado com moléculas individuais antes, assim como já haviam construído emissores de fótons individuais.
Mas "acertar" uma molécula com um único fóton é problemático porque é mínima a probabilidade de que uma molécula, que mede cerca de 1 nanômetro, detecte e absorva um único fóton, quando o foco de um feixe de luz não pode ser menor do que algumas centenas de nanômetros.
Isto significa que, na imensa maioria das vezes, os fótons vão passar nas vizinhanças da molécula, sem que um veja o outro.
E não vale disparar um feixe contínuo de luz porque então não se tem controle sobre a informação contida em cada fóton, como é o desejo dos cientistas que trabalham com os computadores quânticos e outras tecnologias futurísticas de comunicação.
Mas o problema foi resolvido pelo professor Vahid Sandoghdar e seus colegas do Instituto Max Planck, na Alemanha, e do Instituto ETH, na Suíça.
Antena molecular
O primeiro desafio foi construir um emissor de fótons individuais, já que ainda não se encontra um desses no mercado para comprar.
A equipe tirou proveito do fato de que, quando um átomo ou molécula absorvem um fóton, eles fazem uma transição para um estado conhecido como excitado. Depois de uns poucos nanossegundos, a molécula emite de volta exatamente um fóton, voltando ao seu estado inicial.
Esse é o fóton que é transmitido.
Para que a molécula receptora conseguisse enxergar o fóton, foi necessário suprir duas condições: fazer o fóton e a molécula receptora vibrarem na mesma frequência, e fazer com que a molécula ficasse em ressonância com o fóton emitido.
Neste caso, a molécula funciona como um "disco", que alcança uma área comparável à seção do foco de luz que estava chegando, neste caso um único fóton.
Ou seja, a molécula receptora é ela própria uma antena, eventualmente a menor antena possível, capaz de receber os fótons individuais endereçados a ela.

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Assim, o sistema composto por duas moléculas comunica-se por fótons individuais, lembrando a comunicação óptica tradicional, mas em um esquema inteiramente quântico - uma espécie de "rádio quântico".
O feito é, de certa forma, um passo adiante em relação a outro avanço anunciado recentemente por outra equipe alemã: