Novo recorde de emaranhamento de memórias quânticas

Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China mostraram que duas memórias quânticas separadas por 50 quilômetros podem ser emaranhadas utilizando uma fibra óptica, batendo o recorde anterior de 1,3 quilômetros. O avanço representa um novo passo em direção à futura rede de internet quântica.

Crédito: Pixabay.

Por María G. Dionis
Publicado no Servicio de Información y Noticias Científicas

A comunicação quântica é baseada no estranho fenômeno de emaranhamento, que permite ‘conectar’ de forma quântica duas partículas mesmo que estejam distantes. Não importa a distância em que se encontrem, qualquer variação em uma delas afetará a outra imediatamente.

Nas últimas duas décadas, houve um progresso notável em emaranhamentos remotos, transmitindo fótons emaranhados de um nó para outro através de fibras ópticas ou satélites.

Em 2017, os cientistas chineses conseguiram transmiti-los de um satélite para estações terrestres separadas por mais de 1.200 quilômetros, mas eram partículas individuais, que não carregam uma grande quantidade de informação e nem permitem armazená-la. Para isso, requerem-se memórias quânticas, que consistem em milhões de átomos, que até agora só haviam sido emaranhadas com uma fibra de pouco mais de um quilômetro. O emaranhamento a longas distâncias é fácil de se perder e, consequentemente, sua transmissão.

Mas agora outro grupo de pesquisa da Universidade de Ciência e Tecnologia da China conseguiu emaranhar memórias quânticas a 50 quilômetros de distância, longe do recorde anterior de 1,3 quilômetros. O estudo foi publicado na revista Nature.

“A importância deste trabalho é que aumentamos a distância de emaranhamento de memórias nas escalas de uma cidade, o que nos permitirá construir redes de memórias quânticas em um futuro próximo”, explica a SINC, Xiao-Hui Bao, um dos autores.

Nuvens de cem milhões de átomos

As memórias consistem em nuvens de cem milhões de átomos de rubídio resfriados a laser. Para alcançar sua conexão, cada um deles foi emaranhado com um fóton através de um efeito quântico chamado ‘cavidade ressonante’, que reduz a perda de acoplamento dos fótons durante a transmissão.

“A cavidade ressonante é uma técnica para aumentar a interação entre o fóton e a memória quântica, o que nos permite extrair fótons individuais e detectar estados atômicos com eficiência”, diz Bao. Em seguida, os fótons viajam através da fibra e, quando são registrados com a chamada medição de Bell, as memórias são emaranhadas.

Dessa maneira, os pesquisadores emaranharam as duas memórias quânticas que, embora fisicamente estivessem a pouco mais de meio metro de distância no laboratório, os fótons viajavam através de um cabo de fibra óptica de 50 quilômetros. Eles também repetiram com sucesso o experimento através de um cabo semelhante no subsolo de uma cidade, mas desta vez de 22 quilômetros.

O emaranhamento entre átomos e fótons converto-o a uma frequência adequada para telecomunicações. O objetivo final é criar um repetidor quântico que possa receber e transmitir informações a grandes distâncias, algo essencial para a futura internet quântica.

“Essa internet quântica com processadores remotos conectados permitirá muitas aplicações, como a computação quântica distribuída (em rede), mas alcançá-la depende do emaranhamento de memórias quânticas remotas”, apontam os autores.

De acordo com os pesquisadores, esses resultados mostram que, comparado ao que os fótons fornecem individualmente, o emaranhamento átomo-fóton em uma série de nós pode ser mais adequado para a transmissão a longa distância do emaranhamento quântico, que em um futuro próximo poderemos ter em nossas cidades.

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