Uma equipe de pesquisa internacional, incluindo cientistas da Universidade de Paderborn, alcançou um marco importante no caminho para as redes quânticas. Pela primeira vez, eles conseguiram transmitir o estado de polarização de um único fóton de um ponto quântico para outro ponto quântico fisicamente separado. Simplificando, isso significa que as propriedades de um fóton são transferidas para outro fóton por meio do teletransporte quântico.
Esta conquista é um passo fundamental para futuras redes de comunicação quântica. No experimento, os pesquisadores usaram um link óptico de espaço livre de 270 m para conectar os sistemas. As descobertas foram publicadas em uma revista comunicações da natureza.
Dez anos de cooperação valeram a pena
Na Universidade de Paderborn, pesquisadores de doutorado e pós-doutorado passaram aproximadamente dez anos trabalhando em medições ópticas, análise e avaliação de dados. Durante este período, a equipe do Professor Klaus Jöns trabalhou em estreita colaboração com a equipe liderada pelo Professor Rinaldo Trotta da Universidade Sapienza de Roma.
“Este experimento mostra de forma impressionante que fontes de luz quântica baseadas em pontos quânticos semicondutores podem servir como uma tecnologia chave para futuras redes de comunicação quântica. O teletransporte quântico bem-sucedido entre dois emissores quânticos independentes representa um passo importante em direção a relés quânticos escaláveis e, portanto, permite a implementação prática de uma Internet quântica, “disse o chefe do grupo de pesquisa “Dispositivos Fotônicos Híbridos” da Universidade de Paderborn e membro do Conselho de Administração do Instituto de Sistemas Fotônicos de Estado Quântico (PhoQS).
Por que o emaranhamento é importante para as comunicações quânticas
Sistemas emaranhados que consistem em múltiplas partículas quânticas oferecem vantagens significativas para a tecnologia de comunicação. Em vez de depender de um único estado determinado por um único fóton, esses sistemas criam estados interconectados entre múltiplas partículas. Esta abordagem é crítica para aplicações em comunicações seguras, processamento de dados e computação quântica.
O emaranhamento vincula propriedades específicas dos fótons, permitindo-lhes compartilhar informações. O status representa a unidade de informação que está sendo processada. “Anteriormente, esses fótons vinham da mesma fonte, ou seja, do mesmo emissor. Embora um progresso significativo tenha sido feito nos últimos anos, a retransmissão quântica entre partes independentes usando diferentes emissores quânticos permaneceu anteriormente fora de alcance”, aponta o professor Joens.
Estratégia de longo prazo e tecnologia avançada
Há cerca de dez anos, os professores Jöns e Trotta delinearam um plano para usar pontos quânticos como fonte de pares de fótons emaranhados em sistemas de comunicação e teletransporte. O seu sucesso recente confirma que esta abordagem a longo prazo funciona.
“Este resultado mostra que o nosso planeamento estratégico a longo prazo está a dar frutos”, disse o professor Jons. “A combinação de excelência em ciência de materiais, nanofabricação e tecnologias quânticas ópticas é a chave para o nosso sucesso”, acrescentou.
A colaboração a nível europeu proporciona resultados precisos
Este avanço depende de contribuições de vários centros de investigação em toda a Europa. Os pontos quânticos foram projetados com precisão na Universidade Johann Kepler Linz, enquanto a nanofabricação do ressonador foi realizada por parceiros da Universidade de Würzburg. O experimento de teletransporte foi conduzido na Universidade Sapienza de Roma, onde os cientistas conectaram dois edifícios usando um link óptico de espaço livre de 270 m.
O sistema usa sincronização assistida por GPS, detectores ultrarrápidos de fóton único e métodos de estabilização para combater a turbulência atmosférica. A fidelidade de teletransporte alcançada (ou seja, a qualidade do estado quântico retido durante o teletransporte) atinge 82±1%, excedendo o limite clássico em mais de 10 desvios padrão.
Próxima etapa: construir um relé quântico
Esta conquista abre a porta para o próximo objetivo, demonstrando a “troca de emaranhamento” entre dois pontos quânticos. Conseguir isso criará o primeiro relé quântico usando dois pares determinísticos de fótons emaranhados. Fontes determinísticas podem gerar fótons únicos de forma confiável quase sob demanda, embora desenvolvê-los tenha sido um desafio significativo.
Avanços paralelos reforçam a pesquisa quântica
Mais ou menos na mesma época, outro grupo de pesquisa de Stuttgart e Saarbrücken relatou resultados semelhantes usando frequência variável. Juntos, estes resultados constituem um marco importante para a investigação quântica europeia e aproximam a visão das redes quânticas funcionais da realidade.
