Uma equipe de físicos teóricos de RIKEN, no Japão, propôs um novo método para alcançar a sincronização quântica unidirecional de fônons (partículas relacionadas ao som). Esta abordagem destaca-se porque permanece altamente eficaz mesmo face a desafios do mundo real, como defeitos de fabrico e ruído ambiental.
Muitas tecnologias modernas dependem de componentes que se comportam como ruas de mão única. Esses dispositivos permitem que partículas ou sinais se movam livremente em uma direção, ao mesmo tempo que limitam bastante o movimento na direção oposta. Conhecidos como componentes irreversíveis, são amplamente utilizados em sistemas ópticos e de micro-ondas para guiar sinais e reduzir reflexões desnecessárias.
“Componentes irreversíveis permitem que os sinais se propaguem ao longo do caminho desejado, enquanto são fortemente atenuados na direção oposta”, diz Franco Nori, do Centro RIKEN de Computação Quântica (RQC). “Essa capacidade tem aplicações que vão desde processamento de sinais até capas de invisibilidade.”
Sincronização quântica unidirecional
Os pesquisadores há muito tentam criar um fenômeno relacionado chamado sincronização quântica irreversível. Nesse processo, dois sistemas quânticos ficam sincronizados quando a informação flui em uma direção, mas não na direção oposta.
Apesar do interesse, o desenvolvimento de um método prático para alcançar este efeito tem se mostrado difícil. As primeiras propostas são frequentemente suscetíveis a uma série de limitações que tornam a implementação no mundo real um desafio.
“As tecnologias quânticas práticas enfrentam sérios desafios devido a defeitos aleatórios de fabricação e ruído ambiental”, disse Adam Miranowicz da RQC. “Esses fatores inibem enormemente – ou até mesmo destroem completamente – os recursos quânticos nas abordagens convencionais.”
Novo método supera ruídos e imperfeições
Num novo estudo teórico, Nori, Miranowicz e Deng-Gao Lai desenvolveram uma técnica que permite a sincronização quântica não recíproca de fônons, evitando muitos dos obstáculos que impediram abordagens anteriores.
“Este avanço estabelece uma nova base para a geração de recursos quânticos irreversíveis, frágeis a robustos, com aplicações práticas futuras”, disse Norrie.
A sua estratégia combina dois efeitos quânticos independentes num único quadro. Usando este método, os fônons ficam sincronizados quando a luz ou um campo magnético é aplicado de uma direção, mas a sincronização não ocorre quando a mesma influência vem da direção oposta.
A surpreendente robustez da tecnologia quântica
Os pesquisadores ficaram particularmente surpresos com a resiliência do sistema.
“Ficamos muito satisfeitos ao descobrir que a sincronização quântica ainda existe mesmo na presença de grandes quantidades de defeitos e ruído”, disse Lai. “Anteriormente, pensava-se que isto seria impossível sem esquemas sofisticados de conservação.”
A equipe acredita que essas descobertas podem ajudar no avanço da tecnologia quântica prática e planeja continuar explorando o conceito.
“Ao alcançar uma sincronização quântica robusta e irreversível, nossa pesquisa abre caminho para processadores quânticos mais confiáveis e recursos quânticos protegidos”, comentou Lai. “Agora planejamos explorar aplicações em redes quânticas e processamento de informações quânticas tolerantes a falhas.”
