Um passo mais próximo da comunicação e transporte de dados quânticos

dezembro 4, 2018 por Gabriel Carvalho

Para tecnologias futuras como computadores e criptografia quântica, o domínio experimental de sistemas quânticos complexos é inevitável. Cientistas da Universidade de Viena e da Academia de Ciências da Áustria foram bem sucedidos em dar mais um passo nessa direção. Enquanto físicos ao redor do mundo estão tentando aumentar o número de sistemas bidimensionais, os chamados QuBits, pesquisadores sob a chefia de Anton Zeilinger estão adentrando um campo desconhecido: eles perseguem a ideia de usar sistemas mais complexos no lugar dos QuBits, assim aumentando a capacidade de informação com o mesmo número de partículas. Os métodos e tecnologias desenvolvidas podem no futuro permitir o teleporte de outros complexos sistemas quânticos. Os resultados do trabalho (“Experimental Greenberger-Horne-Zeilinger Entanglement Beyond QuBits“) foram publicados recentemente na renomada revista Nature Photonics.

Similar aos bits de informação dos computadores convencionais, QuBits são a menor unidade de informação dentro de sistemas quânticos. Grandes companhias como Google ou IBM estão competindo com institutos de pesquisa ao redor do mundo para produzir um número elevado de QuBits conectados. A óbvia motivação por trás disso é desenvolver um computador quântico funcional. Um grupo de pesquisa, no entanto, está atualmente a caminho de aumentar a capacidade de informação de tais sistemas.

A ideia por trás disso é simples: ao invés de aumentar o número de partículas envolvidas no processo, eleva-se a complexidade de cada sistema. “O que é especial a respeito do nosso experimento é que pela primeira vez podemos entrelaçar três fótons além da natureza convencional das duas dimensões,” explica Manuel Erhard, o primeiro autor desse estudo. Para esse propósito, os físicos vienenses usam sistemas quânticos que possuem mais de dois possíveis estados – neste caso em particular, o momento angular de partículas de luzes individuais. Esses fótons individuais agora possuem uma capacidade de informação ainda maior do que os QuBits. Contudo, o entrelaçamento de partículas de luz acabou provando ser mais difícil em um nível conceitual. Os pesquisadores conseguiram superar esse obstáculo com uma ideia inovadora: um algoritmo de computador que procura de modo autônomo por uma implementação experimental.

Com a ajuda do algoritmo Melvin, uma configuração experimental para produzir esse tipo de entrelaçamento de informações foi descoberta. No começo o processo ainda era muito complexo, mas funcionava. Mesmo depois de algumas simplificações, os físicos ainda enfrentavam vários grandes desafios técnicos. A equipe foi capaz de resolver o conflito com tecnologia de laser e um sistema multi-port especialmente desenvolvido para a ocasião. “Esse sistema é o coração do nosso experimento e garante que as três partículas serão entrelaçadas em três dimensões,” relata Manuel.

A propriedade peculiar do emaranhamento tridimensional dos fótons permite que exista uma investigação experimental por novas questões fundamentais sobre o comportamento de sistemas quânticos. Além disso, os resultados desse trabalho também podem ter um significativo impacto nas tecnologias do futuro, como o teletransporte quântico de informações. “Eu acho que os métodos e tecnologias que desenvolvemos durante essa publicação nos permite transportar uma proporção maior de informação quântica total por cada fóton de uma medida de informação total, o que pode ser muito importante para redes de comunicações quânticas,” Anton Zeilinger afirma, olhando para futuras possíveis aplicações de sua descoberta.

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