Comunicação utilizando a física quântica: Cientistas dão grande passo no desenvolvimento de tecnologia revolucionária!

Pela primeira vez, cientistas conseguiram produzir pares de fótons emaranhados quase perfeitos e com alta eficiência, algo que pode viabilizar o desenvolvimento da comunicação quântica.

Computador quântico IBM Q System.
Cientistas conseguiram produzir pares de fótons emaranhados quase perfeitos e com alta eficiência, algo que pode viabilizar a comunicação quântica entre computadores quânticos como o IBM Q System.

O emaranhamento é uma das particularidades da física quântica que são contra intuitivas e difíceis de se explicar. Basicamente, duas partículas emaranhadas permanecem conectadas e afetam uma à outra, mesmo que essas partículas estejam separadas por distâncias enormes.

Imagine que, logo após serem criadas, duas partículas emaranhadas sejam enviadas para locais diferentes - Por exemplo, uma das partículas permanece na Terra e outra é enviada para a Lua. Com isso, ambas as partículas estão separadas por uma distância gigantesca e não há maneira de se “comunicarem”.

No entanto, ao medir a rotação da partícula da Terra, por exemplo, e em seguida a rotação da partícula da Lua, elas ainda estarão relacionadas, como se pudessem se "comunicar" apesar da distância enorme. Elas permanecem conectadas.

Cientistas perceberam isso ao medir, por exemplo, a direção de rotação de partículas emaranhadas separadas e perceber que o par sempre estará correlacionado de alguma maneira. Esse fenômeno está sendo utilizado para construir transmissões de dados ultra-seguras.

Agora, pesquisadores do Instituto de Computação Quântica (IQC) da Universidade de Waterloo, nos Estados Unidos, conseguiram juntar dois conceitos quânticos ganhadores do prêmio Nobel e dar um grande passo em direção ao desenvolvimento definitivo da comunicação quântica segura.

Cientistas conseguiram produzir pares de fótons emaranhados quase perfeitos e com alta eficiência

O objetivo dos pesquisadores foi justamente otimizar o processo de criação destas partículas emaranhadas. Experimentos anteriores haviam atingido ou um emaranhamento quase perfeito de fótons, porém pouco eficiente; ou uma produção de alta eficiência, porém com emaranhamento imperfeito.

Os pesquisadores do IQC são os primeiros a conseguir atingir ambos os objetivos ao mesmo tempo.

Partículas com emaranhamento quântico
O emaranhamento quântico é a base das maiores tecnologias emergentes na computação, comunicação e criptografia. Há até experiências sendo conduzidas com teletransporte quântico.

Ao incorporar pontos quânticos semicondutores em um nanofio, os pesquisadores desenvolveram uma fonte que cria fótons emaranhados quase perfeitos com 65 vezes mais eficiência do que os trabalhos anteriores.

Essa nova fonte pode ser excitada com lasers para gerar pares emaranhados sob comando. Em seguida, detectores de fóton único de alta resolução fornecidos pela Single Quantum, na Holanda, foram utilizados para aumentar o grau de emaranhamento.

Basicamente, podemos obter um registro de data e hora da aparência do estado emaranhado em cada ponto durante as oscilações, e é aí que temos o emaranhamento perfeito - Matteo Pennacchietti, IQC.

Para demonstrar futuras aplicações de comunicação, os pesquisadores ainda foram capazes de simular um método de comunicação segura conhecido como “distribuição de chaves quânticas”, provando que sua criação é de fato uma promessa significativa para o futuro das comunicações quânticas seguras.

Referência da notícia:
Pennacchietti, M., Cunard, B., Nahar, S. et al. Oscillating photonic Bell state from a semiconductor quantum dot for quantum key distribution. Commun Phys 7, 62 (2024).