Um novo estudo de computação quântica afirma que uma descoberta recente na produção, armazenamento e recuperação de “dados quânticos” nos aproximou um passo da Internet quântica.
Atualmente, a informação quântica é instável em longas distâncias e os bits quânticos, ou qubits – os portadores da informação quântica – são facilmente perdidos ou fragmentados durante a transmissão.
Os bits clássicos de computador são transmitidos hoje como pulsos de luz através de cabos de fibra óptica, usando dispositivos chamados “repetidores” para amplificar sinais em toda a extensão da rede. Para transmitir qubits a distâncias mais longas, da mesma forma que os bits de computador clássicos são transmitidos hoje, precisamos de dispositivos semelhantes que possam armazenar e retransmitir estados quânticos por toda a rede, garantindo a fidelidade do sinal, independentemente da distância que os dados tenham de percorrer.
Esses dispositivos de memória quântica poderiam receber, armazenar e retransmitir estados de qubit. O novo estudo, realizado no Imperial College London, na Universidade de Southampton e nas Universidades de Stuttgart e Wurzburg, na Alemanha, afirma ter conseguido isso usando cabos de fibra óptica padrão pela primeira vez. As descobertas foram publicadas em 12 de abril na revista Avanços Científicos.
Tudo na fonte de fótons
Os pesquisadores armazenaram e recuperaram fótons – um dos potenciais portadores de informação quântica – usando um método novo e potencialmente muito mais eficiente.
“Existem dois tipos principais de fontes de fótons únicos, um processo chamado conversão de frequência óptica não linear e aquelas baseadas em emissores únicos,” Sara Tomás, professor de física do Imperial College, em Londres, disse ao Live Science. “Já foi demonstrado muitas vezes que podemos armazenar fótons de óptica não linear em uma memória quântica porque você pode projetar a fonte e a memória para combinarem. Usamos um único emissor específico chamado ponto quântico, que é um nanocristal de semicondutores.”
Thomas disse que o uso de óptica não linear é menos confiável – um par de fótons utilizáveis não é produzido sempre, enquanto um único ponto quântico emissor os produz em uma taxa mais alta.
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O próximo desafio é que a eficiência da interface entre dispositivos de memória quântica depende da correspondência entre o comprimento de onda e a largura de banda. As discrepâncias aqui tornam o armazenamento e a recuperação muito ineficientes, mas o estudo finalmente preencheu a lacuna.
“Fizemos isso usando uma memória quântica de alta largura de banda e baixo ruído, fabricando a fonte de fótons em um comprimento de onda muito específico para corresponder à nossa memória quântica”, disse Thomas. “Também conseguimos fazer isso em um comprimento de onda onde a perda na fibra óptica é menor, o que será fundamental no futuro para a construção de redes quânticas”.
Com base em trabalhos anteriores
Mas este não é o único avanço recente na computação quântica e na internet quântica. Em fevereiro, Ciência Viva relatado em um avanço relacionado na Stony Brook University.
Os modelos de rede quântica são mais estáveis em temperaturas extremamente baixas, o que limita suas aplicações no mundo real, mas o estudo alcançou uma conexão estável à temperatura ambiente, o que a coloca ao alcance do uso no mundo real.
O estudo Imperial baseia-se nesse sucesso graças aos comprimentos de onda alinhados entre o transmissor e o receptor.
“O estudo Stony Brook usou fótons em 795 nm [nanometers] e mostrou interferência de dois fótons após armazenamento e recuperação”, disse Mark Saffman, cientista-chefe de informações quânticas da empresa de produtos habilitados para quantum Infleqtion, à WordsSideKick.com. “O estudo Imperial usou um fóton em 1529 nm (que é o comprimento de onda padrão de telecomunicações) e armazenou e recuperou, mas não mostrou interferência. O armazenamento e a recuperação do comprimento de onda das telecomunicações são importantes para a transmissão por fibra de baixa perda. Ambos os estudos avançam diferentes aspectos do que é necessário para uma rede quântica.”
Michael Hasse, especialista em segurança cibernética (uma das áreas onde as redes quânticas terão maior impacto) disse ao Live Science que o estudo Imperial descreve um método, enquanto o estudo anterior descreve um mecanismo necessário para que esse método funcione.
“O trabalho imperial trata de um meio de estabelecer comunicação de longa distância por meio de repetidores”, disse ele. “O emaranhamento quântico permite que as comunicações sejam distantes em teoria, mas na realidade é mais fácil quando estão mais próximas. O estudo de Stony Brook refere-se ao armazenamento de informações quânticas à temperatura ambiente, o que é necessário para a implementação econômica de repetidores. “
