A equipe de pesquisa da Faculdade de Engenharia da Universidade Cornell desenvolveu com sucesso um chip óptico programável, capaz de realizar conversão dinâmica da cor da luz por meio de fusão de fótons, sem a necessidade de hardware específico para diferentes comprimentos de onda. O estudo foi publicado na revista Nature, liderado pelo Prof. Peter McMahon, com Ryotatsu Yanagimoto como primeiro autor e Benjamin Ash profundamente envolvido na fabricação e testes do dispositivo.

Em dispositivos ópticos lineares tradicionais, a frequência dos fótons é fixa e eles não interagem entre si. A equipe de McMahon concentrou-se na óptica não linear, permitindo que fótons interajam para alterar suas frequências — por exemplo, dois fótons de baixa energia podem se fundir em um fóton de alta energia, e vice-versa. A equipe combinou duas inovações: primeiro, aplicou campos elétricos fortes localizados no material do chip usando sondas de alta tensão, superando limitações convencionais de conversão de frequência; segundo, adaptou métodos de programação de distribuição de campo elétrico de 20 anos atrás, originalmente usados em células biológicas, para reconfigurar dinamicamente os caminhos dos fótons. McMahon explicou: “Controlando as propriedades não lineares locais do material, podemos regular com precisão a cor da luz de saída.”

O núcleo do chip é uma placa cristalina plana, permitindo que os fótons se propaguem apenas na direção horizontal. Após lançar lasers nos “guias de onda planos”, os pesquisadores puderam controlar a combinação de fótons de diferentes cores para gerar o comprimento de onda desejado. O dispositivo foi fabricado nas instalações de nanotecnologia da Cornell, com Benjamin Ash supervisionando todo o processo do projeto aos testes. McMahon enfatizou que, embora o dispositivo esteja atualmente em fase de prova de conceito, seu alto potencial de conversão pode abrir novas possibilidades na óptica não linear programável.

No contexto de redes de comunicação clássicas, o chip pode atuar como “conversor de comprimento de onda” nas extremidades de fibras ópticas, ajustando dinamicamente a cor do sinal óptico para otimizar a transmissão de informações. Em redes quânticas, suas características integradas podem unificar os comprimentos de onda de diferentes qubits, simplificando a interconexão de sistemas quânticos. McMahon destacou: “Integrar múltiplas funções em um único dispositivo será essencial para construir redes ópticas altamente eficientes.”