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Rede quântica híbrida interliga qubits diferentes

Rede quântica híbrida interliga qubits diferentes
Ilustração esquemática de uma rede de informação híbrida com dois nós quânticos compostos por uma nuvem fria de átomos de rubídio (nuvem vermelha à esquerda) e um cristal dopado com íons de praseodímio (cubo branco à direita).[Imagem: ICFO/Scixel]

Rede quântica híbrida

Físicos demonstraram pela primeira vez uma rede quântica híbrida, na qual a comunicação por fótons entrelaçados foi feita usando dispositivos quânticos diferentes - e também localizados à distância, em laboratórios diferentes.

Os elementos-chave de uma rede de informações quânticas são os chamados nós quânticos, que armazenam e processam a informação. Eles consistem em sistemas de matéria, como gases atômicos frios, sólidos dopados ou supercondutores, entre outros, e as partículas de luz comunicantes, os fótons.

Enquanto os fótons parecem ser portadores de informação perfeitos, ainda há incerteza sobre qual sistema de matéria será usado como um nó de rede na internet quântica do futuro porque cada sistema oferece funcionalidades diferentes.

Como, com base no estágio atual das pesquisas, não dá para escolher ainda, os físicos estão partindo para a implementação de uma rede híbrida, que consiga combinar as melhores capacidades dos diferentes sistemas e fazer com que eles conversem entre si.

Vários experimentos já demonstraram a transferência confiável de informações quânticas entre nós idênticos, mas esta é a primeira vez que isso foi feito com uma rede híbrida, na qual os nós são tecnologias diferentes para guardar e processar a informação.

Conexão de qubits diferentes

A equipe do Instituto de Ciências Fotônicas (ICFO), na Espanha, usou dois nós quânticos muito diferentes: o nó emissor é uma nuvem de átomos de rubídio refrigerada a laser, enquanto o nó receptor é um cristal dopado com íons do elemento praseodímio.

No gás frio, eles geraram um bit quântico codificado em um único fóton com um comprimento de onda de 780 nanômetros (nm). O fóton foi a seguir convertido para o comprimento de onda usado em comunicações por fibra óptica (1552 nm) para demonstrar que esta rede poderia ser completamente compatível com a atual faixa de banda C de telecomunicações. Finalmente, o fóton foi enviado através de uma fibra óptica de um laboratório para o outro.

Uma vez no segundo laboratório, o comprimento de onda do fóton foi convertido para 606 nm, para que ele interagisse corretamente e transferisse seu estado quântico para o nó receptor de cristal. Após a interação com o cristal, o qubit fotônico foi armazenado no cristal por aproximadamente 2,5 microssegundos e recuperado com uma confiabilidade muito alta.

Além de transmitir bits quânticos por meio de fótons individuais, a capacidade de realizar conversões entre qubits fotônicos no comprimento de onda da banda C de telecomunicações mostra que esses sistemas seriam compatíveis com as redes de telecomunicações atuais, um pré-requisito importante para que os primeiros computadores quânticos sejam diretamente conectados à rede e falem com os computadores eletrônicos.

Bibliografia:

Photonic quantum state transfer between a cold atomic gas and a crystal
Nicolas Maring, Pau Farrera, Kutlu Kutluer, Margherita Mazzera, Georg Heinze, Hugues de Riedmatten
Nature
Vol.: 551, 485-488
DOI: 10.1038/nature24468




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