No laboratório, um chip lê a estabilidade oculta nas ondas de luz

Esticar um nó numa corda, torcê-la, abaná-la: ele mantém-se até alguém cortar a corda. É assim que Ali Elshaari, professor associado no Real Instituto de Tecnologia KTH, explica a topologia aos seus alunos. Uma equipa do KTH, com o doutorando Andrea Cataldo como primeiro autor, apresenta agora um chip de base luminosa capaz de ler esse tipo de nó na forma como as ondas se propagam, num estudo publicado em Physical Review Letters.

O problema é a imperfeição do hardware real. As fibras ópticas, os chips e outros dispositivos que guiam a luz nunca são perfeitos: defeitos mínimos dispersam os fotões e afastam-nos do seu trajeto. Alguns comportamentos das ondas sobrevivem a essas imperfeições. Os físicos chamam a estas características propriedades topológicas, ou seja, características das ondas que não se alteram mesmo quando um sistema é modificado. O obstáculo é a perda de energia. Como diz Cataldo, «todos os sistemas perdem alguma energia», e essa perda pode mascarar precisamente a estabilidade que os engenheiros procuram. A questão é como estudar estas propriedades em condições realistas.

A resposta da equipa é um chip programável que imita esses sistemas com perdas. Cataldo descreve um «truque matemático» que faz correr o sistema com perdas no chip sem que o sinal se perca de facto. Os investigadores comparam depois a luz com feixes de referência, uma abordagem que ele compara à afinação de um instrumento por uma nota de referência. Nas experiências, o chip distinguiu de forma fiável os casos topológicos dos casos comuns. Detetou também um ponto excecional, uma condição especial em que os sistemas com perdas de energia se comportam de forma invulgar.

O resultado tem limites. A demonstração é um dispositivo de laboratório, o estudo não apresenta dados sobre a dimensão do chip nem sobre o seu desempenho para além dos casos testados, e não é indicada nenhuma data para qualquer utilização prática. O trabalho surge também como preprint no arXiv, em paralelo com a versão publicada na revista, o que permite a qualquer leitor confrontar o texto original antes de ser citado noutro lado.

Para os engenheiros, o ganho é de velocidade. Como o chip é reprogramável, muitos cenários diferentes podem ser testados num único dispositivo, em vez de se montar uma nova configuração para cada caso. Os autores afirmam que o método poderá acelerar a procura de novas eletrónicas e tecnologias ópticas e contribuir para dispositivos quânticos mais fiáveis. Os primeiros beneficiários seriam os grupos de investigação que concebem materiais e hardware quântico, e não os consumidores. O estudo não indica qualquer calendário para que este trabalho chegue a um produto.