Comunicação quântica 'inquebrável' mais próxima da realidade graças a novos fótons excepcionalmente brilhantes
Cientistas criaram uma fonte de luz “excepcionalmente brilhante” que pode gerar fótons (partículas de luz) entrelaçados quânticos que podem ser usados para transmitir dados com segurança em uma futura rede de comunicações quânticas de alta velocidade.
Uma futura internet quântica poderia transmitir informações usando pares de emaranhado fótons — significando que as partículas compartilham informações ao longo do tempo e do espaço, independentemente da distância. Com base nas estranhas leis de mecânica quânticaas informações codificadas nesses fótons emaranhados podem ser transferidas em altas velocidades, enquanto sua “coerência quântica” — um estado no qual as partículas estão emaranhadas — garante que os dados não possam ser interceptados.
Mas um dos principais desafios na construção de uma internet quântica tem sido que a força desses fótons pode desaparecer quanto mais eles viajam; as fontes de luz não têm sido brilhantes o suficiente. Para construir uma internet quântica bem-sucedida que possa enviar dados por grandes distâncias, os fótons devem ser fortes o suficiente para evitar a “decoerência” — onde o emaranhamento é perdido e as informações que eles contêm desaparecem.
Em pesquisa publicada em 24 de julho na revista eLuzcientistas da Europa, Ásia e América do Sul criaram um novo tipo de fonte de sinal quântico usando tecnologias existentes que atingem brilho extremamente alto.
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Eles conseguiram isso combinando um emissor de pontos de fótons (um gerador de fótons individuais ou uma partícula de luz) com um ressonador quântico (um dispositivo para fortalecer a assinatura quântica) para criar o novo e poderoso sinal quântico.
O que torna a pesquisa recente especialmente interessante é que as tecnologias individuais foram comprovadas independentemente em laboratórios, mas elas só foram testadas separadamente. Este estudo é a primeira vez que elas foram usadas em conjunto umas com as outras.
Os pesquisadores combinaram o emissor de ponto de fóton com um ressonador Bragg circular (um refletor usado para guiar ondas eletromagnéticas) em um atuador piezoelétrico (um dispositivo que gera eletricidade quando calor ou estresse é aplicado). Juntos, eles criaram uma forma aprimorada de emissor de fótons, que pode ajustar os fótons emitidos para o máximo emaranhamento polarizado. Isso foi controlado usando o atuador piezoelétrico.
Os pares de fótons gerados pelo dispositivo tinham uma alta fidelidade de emaranhamento e eficiência de extração — o que significa que cada fóton é brilhante o suficiente para ser útil e mantém bem sua “assinatura quântica” (uma propriedade quântica útil). Anteriormente, era difícil atingir um nível útil de brilho e uma alta fidelidade de emaranhamento ao mesmo tempo, porque cada aspecto exigia uma tecnologia diferente e estas eram difíceis de combinar de forma escalável.
Este é um passo significativo no desenvolvimento de tecnologias quânticas práticas, demonstrando como elas podem ser combinadas para criar uma fonte de luz mais poderosa e viável.
Infelizmente, não devemos esperar uma internet quântica tão cedo, pois as várias tecnologias permanecem na fase experimental e de desenvolvimento. Fazer o emissor de fótons usado no estudo também exigiu matérias-primas tóxicas, incluindo arsênio, que exigiu manuseio especializado. Também há preocupações de segurança em torno do uso de arsenieto de gálio, do qual o emissor de pontos de fótons foi feito. Fisher Scientificum fornecedor de equipamentos de laboratório e produtos químicos para pesquisa científica, listas arsenieto de gálio como perigoso por várias razões, incluindo suas propriedades cancerígenas.
As preocupações de segurança relacionadas ao uso desses materiais podem limitar a escalabilidade da metodologia delineada. Materiais alternativos viáveis podem, portanto, precisar ser identificados na geração de fótons brilhantes e emaranhados para futuras redes de comunicações quânticas
O próximo estágio no processo de desenvolvimento será integrar uma estrutura semelhante a um diodo no atuador piezoelétrico. Isso permitiria que um campo elétrico fosse gerado através dos pontos quânticos, a fim de neutralizar a decoerência e, portanto, aumentar o grau de emaranhamento.
Embora ainda haja muitos passos a serem dados no desenvolvimento de uma internet quântica, combinar com sucesso um emissor de fótons e um ressonador para obter fótons com alto brilho e emaranhamento é, ainda assim, um passo significativo, disseram os cientistas.
