O domínio experimental de sistemas quânticos complexos é necessário para tecnologias futuras como computadores quânticos e criptografia quântica. Cientistas da Universidade de Viena e da Academia Austríaca de Ciências abriram novos caminhos. Eles procuraram usar sistemas quânticos mais complexos do que os qubits entrelaçados bidimensionais e, assim, aumentar a capacidade de informação com o mesmo número de partículas. Os métodos e tecnologias desenvolvidos poderiam, no futuro, possibilitar o teletransporte de sistemas quânticos complexos. Os resultados do trabalho, em tradução literal, “Enredamento Experimental de Greenberger-Horne-Zeilinger além dos qubits”, foram publicados recentemente na renomada revista Nature Photonics .
Semelhante aos bits nos computadores convencionais, os qubits são a menor unidade de informação em sistemas quânticos. Grandes empresas como Google e IBM estão competindo com institutos de pesquisa em todo o mundo para produzir um número crescente de qubits emaranhados e desenvolver um computador quântico funcional. Mas um grupo de pesquisa da Universidade de Viena e da Academia Austríaca de Ciências está buscando um novo caminho para aumentar a capacidade de informação de sistemas quânticos complexos.
A ideia por trás disso é simples: em vez de apenas aumentar o número de partículas envolvidas, a complexidade de cada sistema é aumentada. “A coisa especial sobre o nosso experimento é que, pela primeira vez, ele envolve três fótons além da natureza bidimensional convencional”, explica Manuel Erhard, primeiro autor do estudo. Para este propósito, os físicos vienenses usaram sistemas quânticos com mais de dois estados possíveis – neste caso particular, o momento angular de partículas de luz individuais. Esses fótons individuais agora têm uma capacidade de informação maior do que os qubits. No entanto, o emaranhamento dessas partículas de luz mostrou-se difícil em um nível conceitual. Os pesquisadores superaram esse desafio com uma ideia inovadora: um algoritmo de computador que procura autonomamente por uma implementação experimental.
Com a ajuda de um algoritmo de computador chamado Melvin, os pesquisadores descobriram uma configuração experimental para produzir esse tipo de entrelaçamento. No início, isso foi muito complexo, mas funcionou em princípio. Depois de algumas simplificações, os físicos ainda enfrentavam grandes desafios tecnológicos. A equipe conseguiu resolvê-los com tecnologia laser de última geração e uma multi-porta especialmente desenvolvida. “Esse multi-porto é o coração do nosso experimento e combina os três fótons para que eles sejam emaranhados em três dimensões”, explica Manuel Erhard.
A propriedade peculiar do entrelaçamento de três fótons em três dimensões permite a investigação experimental de novas questões fundamentais sobre o comportamento dos sistemas quânticos. Além disso, os resultados deste trabalho também podem ter um impacto significativo em tecnologias futuras, como o teletransporte quântico. “Acho que os métodos e tecnologias que desenvolvemos nesta publicação nos permitem teletransportar uma proporção maior da informação quântica total de um único fóton, o que pode ser importante para as redes de comunicação quântica “, disse Anton Zeilinger. [Psys.org]
