Transmissão de informação quântica usando matéria e luz alcança 50 km de distância

Experimento permite vislumbrar construção de conexões de internet quântica entre cidades distantes

A internet quântica acena com a promessa de comunicação absolutamente à prova de invasao, e poderosas redes de sensores para novas ciências e tecnologias. No entanto, como as informações quânticas não podem ser copiadas, não podem ser enviadas através de uma rede clássica. As informações quânticas devem ser transmitidas por partículas quânticas. Para isso, são necessárias interfaces especiais. 

Agora, Ben Lanyon, um físico experimental da Universidade de Innsbruck, na Áustria, está estudando esses pontos de interseção que são importantes para uma futura internet quântica. Sua equipe no Departamento de Física Experimental e no Instituto de Ótica Quântica e Informação Quântica da Academia Austríaca de Ciências alcançou um recorde para a transferência de emaranhamento quântico entre matéria e luz. Pela primeira vez, uma distância de 50 quilômetros foi percorrida usando cabos de fibra óptica. “Isso é um crescimento de duas ordens de magnitude em relação ao que era possível anteriormente, e é uma distância suficiente para começarmos a construção de redes quânticas entre cidades”, diz Lanyon.

Fóton convertido para transmissão

A equipe de Lanyon começou o experimento com um átomo de cálcio preso em uma armadilha de íons. Usando raios laser, os pesquisadores criaram um certo estado quântico no íon e, ao mesmo tempo, estimularam-no para emitir um fóton no qual a informação quântica foi armazenada. Como resultado, os estados quânticos do átomo e da partícula de luz se tornaram emaranhados. Mas o verdadeiro desafio foi transmitir o fóton pelos cabos de fibra ótica. “O fóton emitido pelo íon de cálcio tem um comprimento de onda de 854 nanômetros, e é rapidamente absorvido pela fibra ótica”, explica Lanyon.

Por isso, a equipe enviou inicialmente a partícula de luz através de um cristal não linear iluminado por um forte laser. Assim, o comprimento de onda do fóton foi convertido no valor ideal para viagens de longa distância (o atual comprimento de onda padrão de telecomunicações, de 1550 nanômetros). Os pesquisadores então enviaram esse fóton através de uma linha de fibra óptica de 50 quilômetros de comprimento. Suas medições mostraram que átomo e partícula de luz ainda estavam emaranhados, mesmo após a conversão do comprimento de onda e a longa jornada.

Distâncias ainda maiores no futuro 

Como próximo passo, a equipe de Lanyon mostrou que seus métodos podem permitir que um emaranhamento seja gerado entre íons separados por 100 quilômetros ou até mais. Nesse cenário, dois nós enviariam um ao outro um fóton emaranhado, em distâncias de 50 quilômetros, até uma intersecção onde as partículas luz seriam medidas de maneira que perderiam o emaranhamento com seus íons, o que por sua vez as tornaria emaranhadas entre si. Com a possibilidade de nós com mais 100 quilômetros, pode-se começar a pensar em construir a primeira rede quântica luz-matéria entre duas cidades nos próximos anos. Seriam necessários apenas alguns sistemas de íons aprisionados para estabelecer uma internet quântica entre as cidades de Innsbruck e Viena, na Áustria, por exemplo.

Universidade de Innsbruck

Fonte: Sciam Brasil

Cristiane Tavolaro

Sou física, professora e pesquisadora do departamento de física da PUC-SP. Trabalho com Ensino de Física, atuando principalmente em ensino de física moderna, ótica física, acústica e novas tecnologias para o ensino de física. Sou membro fundadora do GoPEF - Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da PUC-SP e co-autora do livro paradidático Física Moderna Experimental, editado pela Manole.

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