Cientistas conseguiram colocar duas memórias quânticas enredadas em mais de 50 quilômetros (31 milhas) de cabos de fibra óptica, quase 40 vezes o recorde anterior.
Essa conquista torna a idéia de uma Internet quântica super-rápida e super-segura muito mais plausível.
A comunicação quântica depende do emaranhamento quântico, ou o que Einstein chamou de “ação assustadora à distância”: onde duas partículas se tornam inextricavelmente ligadas e dependentes uma da outra, mesmo que não estejam no mesmo lugar.
A memória quântica é o equivalente quântico da memória clássica de computação – a capacidade de armazenar informações quânticas e mantê-las posteriormente – e se vamos chegar ao estágio em que os computadores quânticos são realmente práticos e úteis, fazendo com que essa memória fixa funcione é uma parte importante.
“O principal significado deste artigo está em estender a distância emaranhada em fibras [ópticas] entre memórias quânticas para a escala da cidade”, disse o líder da equipe Jian-Wei Pan, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, à Australian Broadcasting Corporation.
No que diz respeito ao emaranhamento de partículas de fóton (luz), nós o gerenciamos em espaços vazios e fibras ópticas a grandes distâncias no passado, mas adicionar memória quântica torna o processo muito mais complicado. Os pesquisadores sugerem que um tipo diferente de abordagem pode ser melhor para isso: emaranhamento átomo-fóton em nós sucessivos – onde os átomos são os nós e os fótons transmitem as mensagens.
Em outras palavras, emaranhamento de fótons com uma torção, onde a matéria atômica é adicionada à mistura para produzir eficiência, confiabilidade e estabilidade extras.
Com a rede correta de nós, isso poderia fornecer uma base melhor para a Internet quântica do que o emaranhamento quântico puro usando apenas fótons.
Neste experimento, as duas unidades de armazenamento para memória quântica eram átomos de rubídio resfriados até um estado de baixa energia. Quando acoplados a fótons emaranhados, eles se tornam parte de um sistema emaranhado.
Infelizmente, quanto maior o comprimento de um fóton para se mover entre os átomos, maior o risco de esse sistema ser perturbado, e é por isso que esse novo registro é tão impressionante.
A chave para a grande melhoria na distância foi uma técnica chamada aprimoramento de cavidade, que trabalha para reduzir a perda de acoplamento de fótons durante o emaranhamento.
Em termos simples, isso funciona colocando os átomos da memória quântica em anéis especiais, reduzindo o ruído aleatório que pode interferir e destruir a memória. A cavidade tem o bônus adicional de melhorar a recuperação da informação quântica.
Os átomos e fótons acoplados produzidos pelo aprimoramento da cavidade compõem o nó. E os fótons foram então convertidos pelos cientistas em uma frequência adequada para transmitir através de redes de telecomunicações – nesse caso, uma rede de telecomunicações do tamanho de uma cidade.
A equipe de Pan estabeleceu um recorde de emaranhamento quântico antes, transmitindo fótons emaranhados entre um satélite e a Terra a uma distância de 1.200 km (750 milhas) em 2017. Esse sistema de satélites funciona bem no espaço, mas na atmosfera da Terra com toda a interferência e fibra óptica cabos podem reduzir a perda de sinal.
Nesse experimento, os nós de átomos estavam no mesmo laboratório, mas os fótons ainda precisavam viajar através de cabos que se estendiam por mais de 50 km. Na verdade, existem desafios em separar ainda mais os átomos, mas a prova de conceito está lá.
“Apesar do enorme progresso, atualmente a separação física máxima alcançada entre dois nós é de 1,3 km [0,8 milhas], e os desafios para distâncias maiores permanecem”, explicam os pesquisadores em seu artigo publicado.
“Nosso experimento pode ser estendido a nós fisicamente separados por distâncias semelhantes, que formariam um segmento funcional da rede quântica atômica, abrindo caminho para o estabelecimento de emaranhamento atômico em muitos nós e em distâncias muito maiores”.
É quando as coisas ficam realmente interessantes. Embora as memórias quânticas possam ser equivalentes à memória do computador na física clássica, a versão quântica deve ser capaz de fazer muito mais – processando mais informações em um tempo mais rápido e resolvendo enigmas além dos computadores atuais.
Quanto à comunicação desses dados, a tecnologia quântica promete melhorar as velocidades de transmissão e proteger as transferências de dados usando as próprias leis da física – desde que possamos fazê-lo funcionar de maneira confiável por longas distâncias.
“Uma internet quântica que conecta processadores quânticos remotos deve permitir várias aplicações revolucionárias, como a computação quântica distribuída”, escrevem os pesquisadores em seu artigo publicado. “Sua realização dependerá do emaranhamento de memórias quânticas remotas por longas distâncias.”
Publicado em 15/02/2020 17h58
Artigo original:
- https://www.sciencealert.com/scientists-demonstrate-quantum-memory-entanglement-over-more-than-50-km
Estudo original:
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