Recorde na transmissão de informações quânticas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/11/2011

O complicado e sensível fenômeno do entrelaçamento quântico foi mantido por até uma hora entre as duas nuvens de átomos de césio.
[Imagem: Christine Muschik]

Recorde de entrelaçamento

Cientistas dinamarqueses bateram um recorde de preservação e transmissão de informações quânticas.

O entrelaçamento quântico, ou emaranhamento, é um fenômeno que produz uma espécie de "conexão fantasmagórica" entre duas partículas distantes - elas compartilham seus estados mesmo depois de distanciadas uma da outra.

Isto torna o fenômeno interessante para a transmissão de informações quânticas à distância, assim como para um novo tipo de criptografia essencialmente à prova de espionagem.

O problema é que o entrelaçamento é muito frágil - em um experimento típico, ele não dura mais do que uma fração de segundo.

Agora, Eugene Polzik e seus colegas da Universidade de Copenhague conseguiram preservar o entrelaçamento quântico por até uma hora.

Link óptico quântico

O entrelaçamento foi estabelecido e mantido entre os spins de duas nuvens isoladas de átomos de césio, usando os fótons de um raio laser.

Mas os átomos das nuvens de césio emitem fótons em todas as direções, de forma descontrolada, o que quebra o entrelaçamento.

"O que nós fizemos foi desenvolver uma técnica onde nós renovamos o entrelaçamento mais rapidamente do que sua tendência a desaparecer," explica Hanna Krauter, membro da equipe.

Isto essencialmente cria um link óptico quântico, permitindo a transmissão das informações de forma sustentada.

Físicos teóricos vinham sugerindo essa técnica há cerca de cinco anos, mas só agora ela foi realizada na prática, abrindo novas possibilidades para a comunicação quântica em condições reais de operação.

"Este é um passo para viabilizar as comunicações quânticas na prática - não apenas no laboratório, mas também no mundo real das redes típicas da internet," disse Polzik.

Esta memória quântica pode permitir o desenvolvimento de repetidores quânticos, reforçando os sinais e permitindo sua transmissão por longas distâncias.
[Imagem: Reim et al.]

Memória quântica

Em uma dessas coincidências muito comuns na ciência, Ian Walmsley e seus colegas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, acabam de criar uma memória quântica para fótons que funciona a temperatura ambiente.

Esta memória quântica pode permitir o desenvolvimento de repetidores quânticos, um equipamento necessário para que as informações quânticas sejam transmitidas a longas distâncias.

Como visto, os qubits podem ser transmitidos usando fótons. Mas os fótons também se degradam ao viajar por um meio como uma fibra óptica. Por isso é necessário constantemente reforçar o seu sinal - esse é o papel do repetidor, ou hub quântico.

A memória quântica é necessária para receber o fóton "desgastado" , recuperar sua informação e reemití-lo com força total, para que ele percorra o próximo trecho até o seu destino.

O problema é que a maioria das memórias quânticas feitas até agora funciona em temperaturas criogênicas, próximas ao zero absoluto, e em condições de alto vácuo.

O grupo de Walmsley preparou uma nuvem de átomos de césio, que funciona como um qubit, aquecendo-a a uma temperatura de 62 °C - um tanto quente, mas algo bem mais fácil de se obter do que as temperaturas criogênicas normalmente usadas.

Embora a eficiência da re-emissão dos fótons seja baixa - cerca de 30% - os pesquisadores afirmam que o design do experimento é promissor e tem espaço para melhorias.

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