Uma equipe de pesquisa internacional, que inclui cientistas da UAB, publicou uma nova revisão no Fotônica da natureza explorando o campo de rápido crescimento conhecido como luz estruturada quântica. Esta abordagem muda a forma como a informação pode ser transmitida, medida e processada, combinando a ciência da informação quântica com modelos cuidadosamente concebidos de luz no espaço e no tempo. O resultado são fótons que podem transportar muito mais informações do que era possível anteriormente.
Os pesquisadores descrevem como o controle simultâneo de múltiplas propriedades da luz, incluindo polarização, modos espaciais e frequência, torna possível a criação de estados quânticos de alta dimensão. Nessa estrutura, qubits padrão (bidimensionais, com fótons em superposição de dois estados quânticos) são substituídos por qubits (com mais de duas dimensões). Esta mudança expande enormemente as capacidades dos sistemas quânticos e abre novos caminhos em muitas áreas da ciência e da tecnologia.
Na comunicação quântica, esses fótons de alta dimensão aumentam a segurança ao empacotar mais informações em cada partícula de luz. Eles também permitem que vários canais de comunicação operem simultaneamente, melhorando a imunidade a erros e ruídos de fundo. Para a computação quântica, a luz estruturada pode simplificar o projeto de circuitos e acelerar o processamento, ao mesmo tempo que permite a criação de estados quânticos complexos necessários para simulações avançadas.
Avanços na pesquisa de imagens, sensores e materiais
A luz quântica estruturada também está impulsionando avanços em imagens e medições. Os investigadores procuram técnicas de resolução melhoradas – como o recente desenvolvimento de um microscópio quântico holográfico que permite imagens de amostras biológicas delicadas – juntamente com sensores extremamente sensíveis que dependem de correlações quânticas. Além destas aplicações, a luz estruturada pode ser usada para modelar sistemas quânticos complexos, ajudando os cientistas a modelar as interações de moléculas em redes e potencialmente guiando a descoberta de novos materiais.
Duas décadas de rápido progresso
Segundo o professor Andrew Forbes, autor correspondente da Universidade de Witwatersrand, em Joanesburgo, o campo evoluiu dramaticamente nos últimos 20 anos. “A adaptação do estado quântico, onde a luz quântica é criada para um propósito específico, ganhou recentemente impulso e finalmente começou a mostrar todo o seu potencial. Há vinte anos, a caixa de ferramentas para isso estava praticamente vazia. Hoje temos fontes compactas e eficientes de luz quântica estruturada no chip, capazes de criar e controlar estados quânticos.”
Apesar desta dinâmica, os desafios permanecem. “Embora tenhamos feito um progresso tremendo, ainda existem desafios desafiadores”, diz Forbes. “O alcance da luz estruturada, tanto clássica quanto quântica, permanece muito baixo, mas é também uma possibilidade que impulsiona a busca por graus de liberdade mais abstratos para explorar.”
Da curiosidade científica a uma ferramenta prática
O pesquisador Adam Valles, do grupo de óptica do Departamento de Física da UAB, diz que o campo atingiu um ponto crítico. “Estamos num ponto de inflexão: a luz quântica estruturada não é mais apenas uma curiosidade científica, mas uma ferramenta com potencial real para transformar a comunicação, a computação e a imagem.” Valles destaca o papel da UAB como um dos principais contribuintes para este progresso através de uma colaboração com a Forbes, citando “conquistas de grande impacto internacional, como o teletransporte estimulado de informação quântica codificada em altas dimensões, o desenvolvimento de cavidades de laser para criar estados complexos de alta pureza e, no campo da criptografia, a distribuição de chaves quânticas confiáveis diante de obstáculos que bloqueiam a comunicação”. canais”.
Cooperação global com o apoio da Catalunha
Artigo de revisão apresentado como capa na edição de novembro de 2025 Fotônica da naturezareflete uma parceria de longo prazo entre Vallés e o Grupo de Pesquisa de Luz Estruturada liderado pela Forbes no Departamento de Física da Universidade de Witwatersrand em Joanesburgo, África do Sul. O trabalho também contou com o apoio da Academia Catalã Quantum (CQA), uma iniciativa conjunta coordenada pelo Instituto de Ciências Fotográficas (ICFO) e promovida pelo Governo da Catalunha, que visa fortalecer a educação e desenvolver talentos em ciência e tecnologia quântica em toda a região.
