Um novo método para detectar características de estabilidade de dispositivos ópticos

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Nas fibras ópticas, chips e outros dispositivos que direcionam a luz, pequenas imperfeições podem espalhar os fótons e desviar suas trajetórias. Um novo estudo apresenta um método que revela características que ajudam a tornar o comportamento das ondas de luz nesses sistemas resistente a esse tipo de imperfeição. Esse método pode acelerar pesquisas sobre novos tipos de tecnologia eletrônica e óptica e contribuir para o desenvolvimento de dispositivos quânticos mais confiáveis.

Publicada na Physical Review Letters, a pesquisa conduzida por pesquisadores do Instituto Real de Tecnologia (KTH) apresenta um chip programável capaz de detectar e medir “propriedades topológicas”, ou seja, características do comportamento das ondas que permanecem inalteradas mesmo quando o sistema é modificado.

O docente associado à KTH, Ali Elshaari, afirma que compreender essas características pode ajudar os dispositivos a continuar funcionando apesar das falhas.

Elshaari afirma que as propriedades topológicas podem tornar os materiais extraordinariamente estáveis. “Ao explicar a topologia para os estudantes, começo com um nó em uma corda,” afirma. “Você pode puxá-la, dobrá-la ou agitá-la; o nó permanece no lugar até que a corda seja cortada.”

Físicos descobriram que alguns materiais e dispositivos apresentam nós semelhantes em suas formas de propagação das ondas ao atravessá-los.

O autor principal do estudo, Andrea Cataldo, aluno de doutorado da KTH, afirma que tal determinação é atraente para tecnologias que precisam funcionar apesar do ruído e das imperfeições, como a eletrônica do futuro e os dispositivos quânticos.

No mundo real, todo sistema perde um pouco de energia”, diz Cataldo. “Por isso, precisamos encontrar maneiras de estudar essas propriedades em condições realistas.

Um chip baseado em luz pode simular sistemas que perdem energia e revelar diretamente suas propriedades ocultas de estabilidade, afirma.

Segundo Cataldo, o chip foi capaz de distinguir de forma confiável os estados “topológicos” (nódulos) dos estados comuns. Ele também identificou um ponto especial chamado ponto crítico, onde os sistemas que perdem energia apresentam comportamento incomum.

“Estamos usando um truque matemático para operar o sistema com perdas no chip sem realmente perder o sinal”, afirma. Os pesquisadores então comparam a luz com raios de referência—uma abordagem que eles compararam à afinação de um instrumento de acordo com um tom de referência.

“Isso nos permite até mesmo ler a informação que a perda de energia normalmente ocultaria”, afirma.

Como o chip pode ser programado, diferentes cenários podem ser testados em um único dispositivo.

Andrea Cataldo et al. Leitura interferométrica da topologia no espaço de momento em um circuito fotônico dissipativo programável, (2026). DOI: 10.1103/xkht-64kc No DOI: 10.48550/arxiv.2609.38352

Fornecido por: Instituto Real de Tecnologia KTH

Doutorado em Ciências da Vida e Ecologia. Possui experiência em laboratório de microbiologia e experiência em notícias farmacêuticas nos setores de petróleo, gás e energia renovável. Ver perfil completo →

Doutoramento em biologia matemática e mestrado em escrita criativa. Possui uma perspectiva original sobre ciência e linguagem e já viajou muito. Ver perfil completo →

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