Os cristais de memória quântica são um passo em direção a uma internet futurística

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Esta memória quântica é feita de cristais de ortossilicato de ítrio

ICFO

Uma internet quântica segura está um passo mais perto graças a uma memória quântica feita de um cristal, que poderia formar uma parte crucial de um dispositivo capaz de transmitir fótons emaranhados a uma distância de 5 quilômetros. Crucialmente, é totalmente compatível com as redes de comunicação existentes, tornando-o adequado para uso no mundo real.

Há muito tempo existe uma visão de uma versão quântica da internet, que permitiria aos computadores quânticos se comunicarem por longas distâncias trocando partículas de luz chamadas fótons que foram conectadas com o emaranhamento quântico, permitindo-lhes transmitir estados quânticos.

O problema é que os fótons se perdem quando são transmitidos por longos cabos de fibra ótica. Para fótons normais, isso não é um problema, porque o equipamento de rede pode simplesmente medi-los e retransmiti-los após uma certa distância, que é como as conexões de dados de fibra normais funcionam. Mas, para fótons emaranhados, qualquer tentativa de medi-los ou amplificá-los muda seu estado.

A solução para isso é um procedimento chamado teletransporte quântico. Isso envolve a medição simultânea do estado de um fóton de cada um dos dois pares de fótons emaranhados, o que efetivamente liga os dois fótons mais distantes da cadeia.

“Os fótons não são usados ​​para enviar as informações, mas para compartilhar o emaranhamento. Então posso usar esse emaranhamento. Posso teletransportar as informações quânticas que desejo de A para B ”, diz Myungshik Kim, do Imperial College London.

Mas isso introduz outro problema – todos os seus pares emaranhados precisam estar prontos ao mesmo tempo para formar uma corrente, o que se torna mais difícil em distâncias maiores. Para resolver isso, você precisa de uma memória quântica.

“A ideia é que você tente um link, e quando tiver sucesso, então você retarda esse enredamento e esse link e espera que o outro link também esteja pronto. E quando os outros links estiverem prontos, você poderá combiná-los. Isso estenderá o emaranhamento em distâncias cada vez maiores ”, diz Hugues de Riedmatten, do Instituto de Ciências Fotônicas de Castelldefels, Espanha.

de Reidmatten e sua equipe usaram cristais de ortossilicato de ítrio para armazenar pares de fótons emaranhados por 25 microssegundos em duas memórias quânticas separadas. Eles realizaram o experimento entre dois laboratórios, ligados por 50 metros de cabo de fibra óptica, mas teoricamente essa quantidade de tempo de armazenamento permitiria a comunicação de dispositivos com até 5 quilômetros de distância.

Crucialmente, os pesquisadores conseguiram armazenar e recuperar fótons na ordem em que foram enviados e transmiti-los usando frequências e cabos de fibra ótica já usados ​​em redes de dados, mostrando que a abordagem deveria funcionar fora do laboratório. Eles agora esperam aumentar a distância entre os dois dispositivos de memória, aumentando o tempo máximo de armazenamento e fazer um repetidor quântico totalmente funcional.

Referência do jornal: Natureza, DOI: 10.1038 / s41586-021-03481-8

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