- Pesquisadores do MIT e parceiros criaram uma plataforma fotônica que projeta luz do chip diretamente para o espaço, de forma escalável e com controle individual de milhares de feixes.
- O chip usa estruturas minúsculas que curvam para cima, em formato de ski jumps, para emitir luz em várias direções.
- A técnica permite projetar imagens de alta resolução em espaço livre, com dezenas de milhares de pixels na área de uma pequena porção, sugerindo aplicações em displays leves.
- Além de displays, a abordagem pode controlar qubits de forma precisa em sistemas de computação quântica baseados em diamante, além de aplicações em Lidar e impressão 3D por laser.
- O estudo, publicado na Nature, faz parte do Programa Quantum Moonshot e envolve MIT, MITRE, Sandia National Laboratories e University of Arizona, com apoio de DOE e outras instituições.
A equipe de MIT e parceiros desenvolveu um novo conjunto de dispositivos fotônicos que projeta luz do chip para o espaço livre de forma escalável. O avanço permite controlar milhares de feixes de luz de uma só vez, acelerando interfaces entre mundo litestático e livre.
Os pesquisadores criaram estruturas microscópicas que se curvam para fora da superfície do chip, chamadas de ski jumps de luz. Com elas, a emissão de laser pode ser direcionada com precisão para o espaço externo, sem depender de fios. O método foi validado em demonstrações com imagens coloridas.
O estudo envolve MIT, MITRE, Sandia National Laboratories, University of Arizona e parceiros, e foi publicado na Nature. Henry Wen, pesquisador visitante do RLE no MIT, é co-líder do trabalho. O artigo registra a colaboração entre várias instituições.
Plataforma escalável
O projeto nasceu no Quantum Moonshot Program, conjunto entre MIT, University of Colorado Boulder, MITRE e Sandia para explorar qubits de diamante. A ideia é interagir com milhões de qubits com feixes de laser, algo difícil com métodos existentes.
Os cientistas desenvolveram uma técnica de fabricação que produz chips com estruturas que se curvam ao sair da superfície. Essa curvatura, criada pela diferença de expansão entre os materiais, permite emitir luz para o espaço livre.
As estruturas são formadas por camadas de silício nitreto e nitreto de alumínio. A mudança de temperatura gera tensão que empurra cada estrutura para cima, como um termóstato mecânico. A inovação de montagem foi crucial.
Feixes de luz chegam aos ski jumps a partir de guias de onda no chip. Modulações rápidas controlam o acendimento dos feixes, permitindo projetar padrões luminosos no espaço externo.
Aplicações e impactos
Os pesquisadores demonstraram emissão de cores diferentes e, ajustando as frequências, alteraram a densidade de padrões emitidos. Assim, é possível criar imagens em espaço livre com alta resolução.
Com o nível de miniaturização dos pontos de luz, o sistema pode gerar displays com milhões de elementos. Os autores afirmam que os pixels atingem o limite físico de tamanho possível.
Além de displays de alta definição, a tecnologia pode reduzir o tamanho de LiDARs, favorecer impressão 3D com maior velocidade e apoiar robótica e computação quântica com qubits de diamante.
O grupo pretende ampliar a escala do sistema, avaliar rendimento e uniformidade, além de projetar um conjunto maior para coletar luz de múltiplos chips. Também planejam testes de robustez dos dispositivos.
Foram financiados pelo MITRE Quantum Moonshot Program, pelo Departamento de Energia dos EUA e pelo Center for Integrated Nanotechnologies. As informações divulgadas indicam potencial para novas aplicações em lab-on-chip.
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