O potencial da computação quântica é imenso, mas as distâncias pelas quais as partículas emaranhadas podem transportar informações de forma confiável continuam sendo um enorme obstáculo. O menor dos distúrbios pode bagunçar seu relacionamento.
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Para contornar o problema, os pesquisadores da computação quântica encontraram maneiras de estabilizar longos comprimentos de fibras ópticas ou usaram satélites para preservar sinais através do quase vácuo do espaço.
No entanto, uma rede baseada em quântica envolve mais do que apenas uma transmissão. Os cientistas lutaram para quebrar o seu tão almejado objetivo de desenvolver um sistema de unidades interligadas ou “repetidores” que também pudesse armazenar e recuperar informação quântica, tal como fazem os computadores clássicos, para alargar o alcance da rede.
Agora, uma equipe de pesquisadores criou um sistema de nós de processamento atômico que pode conter os estados críticos criados por um ponto quântico em comprimentos de onda compatíveis com a infraestrutura de telecomunicações existente.
São necessários dois dispositivos: um para produzir e potencialmente emaranhar fótons, e outro componente de “memória” que pode armazenar e recuperar os estados quânticos tão importantes dentro desses fótons sob demanda, sem perturbá-los.
“A interface de dois dispositivos principais é um passo crucial para permitir redes quânticas, e estamos realmente entusiasmados por sermos a primeira equipe capaz de demonstrar isso”, disse a física de óptica quântica e autora principal Sarah Thomas, do Imperial College London. (ICL).
Feito parcialmente na Alemanha e montado na ICL, o sistema recentemente proposto coloca um ponto quântico semicondutor capaz de emitir um único fóton por vez em uma nuvem de átomos quentes de rubídio, servindo como memória quântica. Um laser “liga” e “desliga” o componente de memória, permitindo que os estados dos fótons sejam armazenados e liberados da nuvem de rubídio sob demanda.
As distâncias pelas quais este sistema específico poderia transmitir memórias quânticas não foram testadas – é apenas um protótipo de prova de conceito em um laboratório subterrâneo, baseado em fótons que nem sequer estão emaranhados. Mas o feito poderia estabelecer uma base sólida para a Internet quântica, melhor do que depender apenas de fótons emaranhados.
“Esta demonstração inédita de recuperação sob demanda de luz de pontos quânticos de uma memória atômica é o primeiro passo crucial em direção a interfaces quânticas híbridas de luz-matéria para redes quânticas escaláveis”, escreve a equipe em seu artigo publicado.
Pesquisadores em computação quântica vêm tentando conectar fontes de luz de fótons e nós de processamento que armazenam dados quânticos há algum tempo, sem muito sucesso.
“Isso nos inclui, que já tentamos esse experimento duas vezes antes com diferentes dispositivos de memória e pontos quânticos, remontando a mais de cinco anos, o que apenas mostra o quão difícil é fazê-lo”, diz o coautor do estudo Patrick Ledingham, físico quântico experimental de da Universidade de Southampton, no Reino Unido.
Parte do problema era que os pontos quânticos emissores de fótons e os nós de “memória” atômica usados até agora estavam sintonizados em diferentes comprimentos de onda; suas larguras de banda eram incompatíveis entre si.
Em 2020, uma equipe da China tentou resfriar átomos de rubídio para atraí-los para o mesmo estado emaranhado dos fótons, mas esses fótons tiveram que ser convertidos para uma frequência adequada para transmiti-los ao longo das fibras ópticas – o que pode criar ruído, desestabilizando o sistema.
O sistema de memória projetado por Thomas e colegas tem uma largura de banda ampla o suficiente para interagir com os comprimentos de onda emitidos pelo ponto quântico e ruído baixo o suficiente para não perturbar os fótons emaranhados.
Embora o feito seja significativo, os pesquisadores ainda estão trabalhando para melhorar seu protótipo. Para criar dispositivos quânticos prontos para rede, eles querem tentar estender os tempos de armazenamento, aumentando a sobreposição entre os pontos quânticos e os nós atômicos e diminuindo o tamanho do sistema. Eles também precisam testar seu sistema com fótons emaranhados.
Por enquanto, continua a ser um fio tênue, mas um dia poderemos ver esta tecnologia ou algo parecido cobrindo o mundo numa teia de redes quânticas delicadas mas estáveis.
O estudo foi publicado na Science Advances.
Traduzido de ScienceAlert
