Cientistas transferem informação da matéria para a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/10/2004

Cientistas deram um passo importante na busca do desenvolvimento de sistemas de computação quântica ao conseguir transferir informação de dois diferentes grupos de átomos para um único fóton.
[Imagem: Gary Meek]

Um grupo de cientistas do Instituto de Tecnologia da Geórgia, Estados Unidos, acaba de dar um passo importante na busca do desenvolvimento de sistemas de computação quântica ao conseguir transferir informação de dois diferentes grupos de átomos para um único fóton, o elemento básico da luz.

Esta é a primeira vez que se consegue transmitir informação da matéria para a luz.

Redes quânticas

A pesquisa, publicada no último exemplar da revista Science, representa a "pedra fundamental" que poderá levar ao desenvolvimento de redes quânticas de grande escala. O trabalho se baseia em uma proposta feita em 2001 por pesquisadores da Universidade de Innsbruck, Áustria (Duan, Lukin, Cirac and Zoller).

Os pesquisadores Alex Kuzmich e Dzmitry Matsukevich relataram a transferência de informações de estado atômico a partir de duas diferentes nuvens de átomos de rubídio para um único fóton.

No fóton, a informação sobre os estados espaciais das nuvens de átomos foi representada como uma polarização óptica vertical ou horizontal.

"Uma questão realmente importante nos sistemas de informação quânticos atuais refere-se às redes quânticas distribuídas e, para obtê-las, você precisa converter bits quânticos de informação baseados na matéria em fótons", disse Kuzmich. "Esse é o primeiro passo, o primeiro 'tijolo', e agora precisamos criar o segundo nó da rede e conectá-los."

Qubit de estado sólido

Qubits, ou bits quânticos, são muito diferentes dos bits digitais da computação convencional. Ao contrário dos bits convencionais, que podem existir ou no estado 0 ou no estado 1, os qubits podem existir simultaneamente nos dois estados.

Os bits quânticos também podem interagir com outros qubits, uma propriedade chamada entrelaçamento, de maneiras absolutamente singulares.

Diagrama mostrando como a informação foi transferida para um único fóton.
[Imagem: Alex Kuzmich/Dzmitry Matsukevich]

O enfoque adotado por Kuzmich e Matsukevich utiliza duas nuvens de átomos de rubídio, cada nuvem em um estado diferente, formando um "qubit de matéria", ou "qubit de estado sólido", em contraposição aos qubits de íons ou átomos individuais.

Reagrupamento atômico

Passando um feixe de luz através de cada nuvem, uma operação também conhecida como "reagrupamento", eles foram capazes de criar um qubit que ficou entrelaçado com um único fóton.

"O estado do qubit é um estado coletivo do reagrupamento atômico", explica Kuzmich. "A conversão da matéria para a luz mostra-se eficiente numa direção porque a emissão de todos os átomos se junta para criar um direcionamento preferencial à frente, similar à forma como as antenas de rádio são capazes de emitir direcionalmente."

O trabalho tem imenso interesse científico e aponta no sentido de aplicações práticas no futuro. Mas muitos progressos ainda terão que ser feitos. Por exemplo, os físicos utilizaram luz com um comprimento de onda de 780 nanômetros, enquanto a transmissão convencional em redes de fibras ópticas utiliza comprimentos de onda de 1.550 nanômetros. Kuzmich estima que uma aplicação prática ainda demorará cerca de dez anos.