Um grupo internacional de investigadores, incluindo cientistas da Universidade de Paderborn, alcançou um marco importante no caminho para a Internet quântica. Pela primeira vez, eles teletransportaram com sucesso o estado de polarização de um único fóton de um ponto quântico para outro que estava fisicamente separado. Simplificando, isto significa que as propriedades de um fóton foram transferidas para outro através do teletransporte quântico.
Esta conquista é um passo fundamental para futuras redes de comunicação quântica. No experimento, os pesquisadores usaram um canal óptico de espaço livre de 270 metros para conectar os sistemas. As descobertas foram publicadas em uma revista Comunicações da natureza.
Uma década de cooperação está valendo a pena
Na Universidade de Paderborn, bolsistas de doutorado e pós-doutorado passaram cerca de dez anos trabalhando em medições ópticas, análise e avaliação de dados. Durante este tempo, o grupo do Prof. Klaus Jons colaborou estreitamente com o grupo liderado pelo Prof. Rinaldo Trott da Universidade Sapienza de Roma.
“O experimento demonstra de forma impressionante que fontes de luz quântica baseadas em pontos quânticos semicondutores podem servir como uma tecnologia chave para futuras redes de comunicação quântica. O teletransporte quântico bem-sucedido entre dois emissores quânticos independentes representa um passo vital em direção a relés quânticos escaláveis e, portanto, à implementação prática da internet quântica, “explicou o professor Jons, chefe de fotônica híbrida. Grupo de pesquisa de Dispositivos Quânticos e membro do conselho do Instituto de Sistemas Quânticos Fotônicos (PhoQS) da Universidade de Paderborn.
Por que o emaranhamento é importante para a comunicação quântica
Sistemas emaranhados que consistem em múltiplas partículas quânticas oferecem grandes vantagens às tecnologias de comunicação. Em vez de depender de um único estado determinado por um único fóton, esses sistemas criam estados interconectados em múltiplas partículas. Essa abordagem é necessária para aplicações em comunicação segura, processamento de dados e computação quântica.
O emaranhamento une certas propriedades dos fótons, permitindo-lhes compartilhar informações. Um estado é uma unidade de informação que está sendo processada. “Anteriormente, esses fótons vinham da mesma fonte, ou seja, do mesmo emissor. Embora um progresso significativo tenha sido feito nos últimos anos, o uso de diferentes emissores quânticos para implementar a retransmissão quântica entre partes independentes permaneceu anteriormente fora de alcance, “observou o professor Jons.
Estratégia de longo prazo e tecnologia avançada
Cerca de uma década atrás, os professores Jons e Trotta delinearam um plano para usar pontos quânticos como fontes de pares de fótons emaranhados em sistemas de comunicação e teletransporte. O seu sucesso recente prova que esta abordagem a longo prazo funcionou.
“Este resultado mostra que o nosso planeamento estratégico a longo prazo valeu a pena”, disse o professor Yones, acrescentando: “A combinação de excelente ciência de materiais, nanofabricação e tecnologias quânticas ópticas tem sido fundamental para o nosso sucesso.”
A cooperação a nível europeu garante resultados precisos
O avanço contou com contribuições de vários centros de investigação em toda a Europa. Os pontos quânticos foram projetados com precisão na Universidade Johannes Kepler em Linz, enquanto a nanofabricação do ressonador foi realizada por parceiros da Universidade de Würzburg. Os experimentos de teletransporte foram conduzidos na Universidade Sapienza de Roma, onde os cientistas conectaram dois edifícios usando um link óptico de 270 metros no espaço livre.
O sistema usou sincronização assistida por GPS, detectores ultrarrápidos de fóton único e técnicas de estabilização para combater a turbulência atmosférica. A precisão alcançada do estado de teletransporte (ou seja, a qualidade com que os estados quânticos são preservados durante o teletransporte) atingiu 82 ± 1%, excedendo o limite clássico em mais de 10 desvios padrão.
Próxima etapa: construir um relé quântico
Esta conquista abre caminho para o próximo objetivo, demonstrando a “substituição do emaranhamento” entre dois pontos quânticos. Conseguir isso levaria à criação do primeiro relé quântico usando duas fontes determinísticas de pares de fótons emaranhados. Fontes determinísticas podem produzir fótons únicos de forma confiável, virtualmente sob demanda, embora seu desenvolvimento tenha sido um grande desafio.
Avanços paralelos estão fortalecendo a pesquisa quântica
Quase ao mesmo tempo, outro grupo de investigação de Estugarda e Saarbrücken relatou um resultado semelhante utilizando a conversão de frequência. Juntos, estes resultados representam um marco importante para a investigação quântica na Europa e aproximam a visão de uma Internet quântica funcional da realidade.
