A Internet quântica promete uma comunicação absolutamente à prova de toque e redes de sensores distribuídas poderosas para novas ciências e tecnologias. No entanto, como a informação quântica não pode ser copiada, não é possível enviar essa informação através de uma rede clássica. As informações quânticas devem ser transmitidas por partículas quânticas, para o que são necessárias interfaces especiais.
O físico experimental de Innsbruck, Ben Lanyon, que recebeu o prêmio START da Áustria em 2015 pela sua investigação, está a investigar estas importantes intersecções de uma futura Internet quântica.
A sua equipe no Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbruck e no Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Academia Austríaca de Ciências conseguiu um recorde para a transferência do emaranhamento quântico entre a matéria e a luz.
Pela primeira vez, uma distância de 50 quilômetros foi coberta com cabos de fibra óptica. “Isto é duas ordens de grandeza maior além do que era possível anteriormente e é uma distância prática para começar a construir redes quânticas inter-cidades”, diz Ben Lanyon.
Fóton convertido para transmissão
A equipe do Lanyon começou a experiência com um átomo de cálcio preso numa armadilha de iões. Usando feixes de laser, os pesquisadores escrevem um estado quântico no íon e simultaneamente o excitam para emitir um fóton no qual a informação quântica é armazenada. Como resultado, os estados quânticos do átomo e da partícula de luz estão emaranhados. Mas o desafio é transmitir o fóton sobre os cabos de fibra óptica.
“O fóton emitido pelo íon cálcio tem um comprimento de onda de 854 nanômetros e é rapidamente absorvido pela fibra óptica”, diz Ben Lanyon.
Sua equipe, portanto, inicialmente envia a partícula de luz através de um cristal não linear iluminado por um laser forte. Assim, o comprimento de onda do fóton é convertido para o valor ideal para viagens de longa distância: o comprimento de onda padrão atual de telecomunicações de 1550 nanômetros. Os pesquisadores de Innsbruck então enviam este fóton através de uma linha de fibra óptica de 50 quilômetros de comprimento. Suas medições mostram que o átomo e a partícula de luz ainda estão emaranhados mesmo após a conversão do comprimento de onda e esta longa jornada.
Distâncias ainda maiores à vista
Como próximo passo, Lanyon e sua equipe mostram que seus métodos permitiriam que o emaranhamento fosse gerado entre íons a 100 quilômetros de distância e mais. Dois nós enviam um fóton emaranhado a cada um deles, numa distância de 50 quilômetros, para uma interseção onde as partículas de luz são medidas de tal forma que perdem seu emaranhamento com os íons, que, por sua vez, os emaranhariam.
Com o espaçamento de nós de 100 quilômetros agora uma possibilidade, pode-se imaginar a construção da primeira rede quântica de matéria leve interurbana do mundo nos próximos anos: apenas um punhado de sistemas de íons aprisionados seria necessário no caminho para estabelecer uma internet quântica entre Innsbruck e Viena, por exemplo.
A equipe de Lanyon faz parte da Quantum Internet Alliance, um projeto internacional no quadro da Quantum Flagship da União Europeia. Os resultados atuais foram publicados na revista Nature Quantum Information.
RELEASE / University of Innsbruck via Phys / DOI: 10.1038/s41534-019-0186-3
