Pesquisadores dos EUA atingem novo marco na comunicação quântica

Uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia dos EUA, junto com colegas da Purdue University, deu um passo importante em direção ao desenvolvimento de redes quânticas ao controlar a frequência, ou cor, da luz.

Isto pode contribuir para redes quânticas mais práticas e em grande escala, exponencialmente mais poderosas e seguras do que as redes clássicas que temos hoje.

Especificamente, a equipe está aproveitando as propriedades da luz e os princípios da mecânica quântica para transferir informações, tornando a própria rede um processador fotônico de informações quânticas. Essa abordagem é promissora por vários motivos.

Fótons viajam na velocidade da luz, permitindo que a informação vá do ponto A ao ponto B o mais rápido possível. Os fótons geralmente não interagem uns com os outros ou com o ambiente ao redor, garantindo que as informações não sejam embaralhadas ou corrompidas no trânsito.

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A equipe usou luz para produzir qubits com certos intervalos de frequência, ou fótons únicos que residem em duas frequências diferentes simultaneamente, para demonstrar operações de comunicação totalmente arbitrárias na codificação de frequência pela primeira vez. 

Usando uma tecnologia desenvolvida no ORNL conhecida como processador de frequência quântica, os pesquisadores demonstraram portas quânticas amplamente aplicáveis, ou seja, as operações lógicas necessárias para realizar protocolos de comunicação quântica. 

Nesses protocolos, os pesquisadores precisam ser capazes de manipular os fótons de uma forma definida pelo usuário, geralmente em resposta a medições realizadas em partículas em qualquer parte da rede.

Considerando que as operações lógicas tradicionais utilizadas em computadores clássicos e tecnologias de comunicação, como AND (E, combinando duas entradas) e OR (OU, selecionando uma das duas), operam em zeros e uns individualmente, as portas quânticas operam em sobreposições simultâneas de zeros e uns, mantendo a informação quântica protegida à medida que passa, um fenômeno necessário para realizar uma verdadeira rede quântica.

Ao provar que sua configuração pode transformar qualquer estado de qubit em um estado de qubit diferente, a equipe demonstrou transferência de informações, na prática. “Se você pode fazer operações arbitrárias, pode fazer qualquer um dos protocolos de comunicação quântica fundamentais, como roteamento baseado na conversão de frequência”, disse Lukens.

Este é um de muitos sistemas diferentes, mas entre os mais promissores considerando os resultados. Como exemplo, a equipe demonstrou com sucesso mais de 98% de fidelidade – uma medida quantitativa de precisão – usando sua configuração personalizada.

Seu próximo experimento envolverá a implementação de seu sistema em um circuito integrado fotônico. “Existem muitas aplicações imprevistas”, disse o líder do projeto Joseph Lukens, cientista pesquisador do ORNL. “A codificação de frequência é produzida naturalmente por muitos sistemas diferentes e é muito adequada para fibra óptica, portanto, o espaço de aplicação potencial deve ser amplo.”

Fonte: Phys.org

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