Prevê-se que o desenvolvimento de tecnologias que possam processar informações com base nas leis da física quântica tenha impactos profundos na sociedade moderna.
Por exemplo, os computadores quânticos podem ser a chave para resolver problemas complexos demais para os supercomputadores mais poderosos da atualidade, e uma Internet quântica pode, em última análise, proteger as informações do mundo contra ataques maliciosos.
No entanto, todas essas tecnologias dependem de “informações quânticas”, que normalmente são codificadas em partículas quânticas únicas extremamente difíceis de controlar e medir.
Cientistas da Universidade de Bristol, em colaboração com a Universidade Técnica da Dinamarca (DTU), desenvolveram com sucesso dispositivos de escala de chip capazes de aproveitar as aplicações da física quântica, gerando e manipulando partículas únicas de luz em circuitos em nanoescala programáveis.
Esses chips são capazes de codificar informações quânticas na luz gerada dentro dos circuitos e podem processar as “informações quânticas” com alta eficiência e ruído extremamente baixo. Essa demonstração pode permitir um aumento significativo na capacidade de produzir circuitos quânticos mais complexos, necessários na computação e nas comunicações quânticas.
Seu trabalho, publicado na revista Nature Physics e disponível gratuitamente na forma de pré-impressão no servidor de pré-impressão arXiv, hospeda uma série de demonstrações quânticas.
Em um dos experimentos inovadores, pesquisadores dos Laboratórios de Tecnologia de Engenharia Quântica da Universidade de Bristol (QET Labs) demonstram o teletransporte quântico de informações entre dois chips programáveis ??pela primeira vez, o que eles observam ser uma pedra angular da comunicação quântica e da computação quântica.
O teletransporte quântico oferece transferência de estado quântico de uma partícula quântica de um lugar para outro, utilizando o emaranhamento. O teletransporte não é apenas útil para comunicação quântica, mas é um elemento fundamental da computação quântica óptica. O estabelecimento de um link de comunicação emaranhado entre dois chips no laboratório, no entanto, provou ser altamente desafiador.
O co-autor de Bristol Dan Llewellyn disse: “Conseguimos demonstrar uma ligação de emaranhamento de alta qualidade entre dois chips no laboratório, onde os fótons em ambos os chips compartilham um único estado quântico.
“Cada chip foi então totalmente programado para realizar uma série de demonstrações que utilizam o emaranhado.
“A demonstração principal foi um experimento de teletransporte de dois chips, pelo qual o estado quântico individual de uma partícula é transmitido através dos dois chips após a medição quântica ser realizada. Essa medida utiliza o estranho comportamento da física quântica, que simultaneamente colapsa o elo de emaranhamento e transfere o estado da partícula para outra partícula já existente no chip receptor “.
Outro co-autor, Dr. Imad Faruque, também de Bristol, acrescentou: “Com base em nosso resultado anterior de fontes de fóton único de alta qualidade no chip, construímos um circuito ainda mais complexo, contendo quatro fontes.
“Todas essas fontes são testadas e são quase idênticas emitindo fótons quase idênticos, que é um critério essencial para o conjunto de experimentos que realizamos, como a troca de emaranhados”.
Os resultados mostraram um teletransporte quântico de alta fidelidade, de 91%. Além disso, os pesquisadores conseguiram demonstrar algumas outras funcionalidades importantes de seus projetos, como a troca de emaranhados (necessária para repetidores e redes quânticas) e estados de GHZ de quatro fótons (necessários na computação quântica e na Internet quântica).
Segundo o co-autor Dr. Yunhong Ding, da DTU, baixa perda, alta estabilidade e excelente controlabilidade são extremamente importantes para a fotônica quântica integrada. Ele disse: “Esse experimento foi possível devido à tecnologia fotônica de silício de baixa perda de última geração, baseada na fabricação de alta qualidade na DTU”.
O autor principal, Dr. Jianwei Wang, agora na Universidade de Pequim, disse: “No futuro, uma única integração com chip Si de dispositivos fotônicos quânticos e controles eletrônicos clássicos abrirá a porta para informações e comunicações quânticas compatíveis com CMOS totalmente baseadas em chip. redes de processamento “.
Publicado em 26/12/2019
Artigo original:
- https://phys.org/news/2019-12-chip-to-chip-quantum-teleportation-harnessing-silicon.html
- https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x
Estudo disponível em:
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