Um grupo de físicos teóricos da RIKEN propôs uma nova maneira de conseguir a sincronização quântica unidirecional dos fônons, as partículas associadas ao som. Esta abordagem destaca-se porque permanece altamente eficaz mesmo sob problemas do mundo real, como defeitos de fabricação e ruído ambiental.
Muitas tecnologias modernas dependem de componentes que se comportam como ruas de mão única. Esses dispositivos permitem que partículas ou sinais se movam livremente em uma direção, ao mesmo tempo que restringem bastante o movimento na direção oposta. Conhecidos como componentes não recíprocos, eles são amplamente utilizados em sistemas ópticos e de micro-ondas para direcionar sinais e reduzir reflexos indesejados.
“Os componentes não recíprocos permitem que os sinais viajem no caminho desejado, enquanto são fortemente atenuados na direção oposta”, observa Franco Nori, do Centro RIKEN de Computação Quântica (RQC). “Essa capacidade encontra aplicações que vão desde processamento de sinais até camuflagem furtiva.”
Sincronização quântica unidirecional
Os pesquisadores há muito procuram criar um fenômeno relacionado conhecido como sincronização quântica não recíproca. Neste processo, dois sistemas quânticos são sincronizados quando a informação flui em uma direção, mas a sincronização não ocorre na direção oposta.
Apesar do interesse considerável, o desenvolvimento de uma forma prática de alcançar este efeito revelou-se difícil. As propostas anteriores eram normalmente vulneráveis a uma série de limitações que dificultavam a implementação no mundo real.
“As tecnologias quânticas práticas enfrentam desafios críticos devido a defeitos aleatórios de fabricação e ruído ambiental”, observa Adam Mironovich, também da RQC. “Esses fatores suprimem profundamente – ou mesmo destroem completamente – os recursos quânticos nas abordagens convencionais.”
O novo método supera ruídos e imperfeições
Em um novo estudo teórico, Nori, Mironovich e Deng-Gao Lai desenvolveram um método que fornece sincronização quântica não recíproca de fônons, evitando muitos dos obstáculos que impediram abordagens anteriores.
“Este desenvolvimento fornece uma nova estrutura para a criação de recursos quânticos não recíprocos que se tornam frágeis e confiáveis, com possibilidade de aplicações práticas no futuro”, diz Nori.
A estratégia deles combina dois efeitos quânticos separados em uma única estrutura. Usando esta abordagem, os fônons ficam sincronizados quando a luz ou um campo magnético é aplicado de uma direção, mas a sincronização não ocorre quando a mesma influência vem da direção oposta.
Durabilidade incrível para tecnologia quântica
Os pesquisadores ficaram particularmente surpresos com o quão resiliente o sistema se revelou.
“Ficamos muito satisfeitos ao ver que a sincronização quântica é mantida mesmo na presença de imperfeições e ruídos significativos”, diz Lai. “Anteriormente, isto era considerado impossível sem o uso de esquemas de proteção sofisticados.”
A equipe acredita que os resultados obtidos podem contribuir para o desenvolvimento de tecnologias quânticas práticas e pretende continuar estudando esse conceito.
“Ao fornecer sincronização quântica não recíproca confiável, nossa pesquisa abre caminho para a realização de processadores quânticos mais confiáveis e recursos quânticos seguros”, comenta Lei. “Agora planejamos explorar aplicações de redes quânticas e processamento de informações quânticas tolerantes a erros.”
