Computação quântica: cientistas avançam no controle quântico da luz

Gail Gallessich - 25/06/2009

Esta imagem representa um estado quântico com zero, três e seis fótons simultaneamente. No lado esquerdo está representada a teoria e, no lado direito, o resultado prático do experimento.
[Imagem: UCSB]

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, obtiveram um avanço sem precedentes no controle quântico dos fótons, os quanta, ou pacotes discretos de energia da luz. O resultado é significativo para a computação quântica e poderá eventualmente ter implicações na segurança das transações bancárias, no projeto de novos medicamentos e em outras aplicações.

Quebrando códigos criptográficos

Os governos são particularmente interessados na computação quântica por causa da forma como os bancos, e demais comunicações sigilosas, criptografam os dados atualmente. Utilizando grandes números, com centenas de dígitos, os códigos de criptografia são alterados diariamente e levaria anos de processamento na computação tradicional para quebrá-los. A computação quântica poderá potencialmente quebrar esses códigos rapidamente, destruindo os atuais esquemas de criptografia.

Armadilha de luz

Em um artigo publicado na revista Nature, os físicos Max Hofheinz, John Martinis e Andrew Cleland relatam como eles usaram um circuito eletrônico supercondutor, conhecido como qubit de fase Josephson, para preparar estados quânticos absolutamente incomuns utilizando fótons na frequência das micro-ondas. O avanço é resultado de um trabalho que se estendeu por quatro anos.

Nos experimentos, os fótons foram armazenados em uma cavidade de micro-ondas, uma "armadilha de luz", na qual a luz fica saltando de um lado para o outro entre dois espelhos. Em um trabalho anterior, os mesmos pesquisadores mostraram ser possível criar e armazenar fótons, um de cada vez, chegando a até 15 fótons armazenados ao mesmo tempo em uma única armadilha de luz - veja Componente de computador quântico é demonstrado pela primeira vez.

Simultaneidade dos estados quânticos

A nova pesquisa demonstra que é possível criar estados nos quais a armadilha de luz tem diferentes números de fótons em seu interior, ao mesmo tempo. Por exemplo, ela pode ter, simultaneamente, zero, três e seis fótons.

A medição do estado quântico por meio da contagem dos fótons armazenados força a armadilha a "decidir" quantos fótons há em seu interior; mas, antes da contagem, a armadilha de luz existe em uma superposição quântica, com todos os três resultados sendo possíveis.

Tentando explicar a simultaneidade paradoxal dos estados quânticos, Cleland afirma que é como ter um pedaço de bolo e comê-lo - não uma coisa depois da outra, mas as duas ao mesmo tempo.

"Esses estados superpostos são um conceito fundamental na mecânica quântica, mas esta é a primeira vez que eles foram criados com luz de forma controlada," explica Cleland.

Conversor quântico digital para analógico

"Pode-se pensar nesse experimento como um conversor quântico digital-para-analógico," complementa Martinis. Como os conversores digital-para-analógico são componentes-chave nos equipamentos clássicos de comunicação - por exemplo, produzindo as ondas sonoras em um telefone celular - este experimento poderá permitir a criação de protocolos de comunicação mais avançados para a transmissão de informações quânticas.

Os cientistas afirmaram que sua pesquisa é um passo importante para a construção de um computador quântico, que terá aplicações na criptografia de dados e na solução e na simulação de problemas difíceis demais para serem domados pelos computadores tradicionais.

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