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Num salto em frente para tecnologia quânticapesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China demonstraram um novo método para armazenar e recuperar informações quânticas, publicado no Revisão Nacional de Ciência. Esta inovação poderá abrir caminho para a criação de redes quânticas em grande escala, superando um dos principais desafios neste campo: a perda de transmissão em longas distâncias.
Tanta memórias são componentes críticos na comunicação e computação quântica, atuando como dispositivos que armazenam e sincronizam informações quânticas. Tradicionalmente, a curta distância emaranhamento quântico não poderia ser efetivamente conectado em distâncias mais longas devido a perdas de fótons durante a transmissão.
“Memórias quânticas fotônicas integradas são essenciais para a construção de redes quânticas escaláveis”, observam os pesquisadores em seu artigo.
No entanto, ao empregar uma técnica conhecida como armazenamento quântico de ondas de spin, o estudar descobriu um método para estender os tempos de armazenamento e melhorar a confiabilidade, marcando um possível marco na tecnologia quântica.
O desafio do armazenamento Spin-Wave
Onda giratória armazenamento quântico é uma técnica que armazena partículas de luz, chamadas fótons, nas propriedades únicas de cristais especiais feito com elementos de terras raras. Esses cristais são conhecidos por serem excepcionalmente bons no armazenamento de informações quânticas. Este método permite recuperar as informações armazenadas sempre que necessário e permite que elas sejam armazenadas por muito mais tempo do que os métodos tradicionais.
No entanto, o armazenamento de ondas spin enfrenta um grande desafio: é difícil captar os minúsculos sinais quânticos do ruído de fundo causado por fortes pulsos de laser que controlam o sistema. Este barulho dificulta o uso eficaz do armazenamento de ondas giratórias em dispositivos compactos de estado sólido. Até agora, nenhum dispositivo integrado tinha sido capaz de implementar estes métodos de armazenamento com sucesso.
Uma nova solução para combater o ruído
Liderada pelos professores Chuan-Feng Li e Zong-Quan Zhou, a equipe de pesquisa desenvolveu um solução inovadora usando um dispositivo especializado fabricado com tecnologia de gravação a laser de femtosegundo (um femtossegundo é um quatrilionésimo de segundo, ou 10-15 segundos).
Esta abordagem permitiu-lhes criar um guia de ondas circularmente simétrico dentro de um cristal ortossilicato de ítrio dopado com európio, um cristal de terras raras usado em pesquisas semelhantes. O design exclusivo permitiu a filtragem de ruído baseada em polarização, efetivamente suprimindo sinais indesejados enquanto mantém a integridade das informações quânticas armazenadas.
Para fazer seu sistema funcionar melhor, a equipe usou vários técnicas inteligentes para reduzir o ruído, como controles de tempo, filtragem de cores específicas de luz e uma configuração especial que envia sinais e controla pulsos em direções opostas. Esses métodos ajudaram a separar os sinais quânticos fracos dos pulsos de laser mais fortes, tornando possível armazenar e recuperar os sinais de forma mais eficaz.
Os pesquisadores testaram duas maneiras de armazenar informações quânticas: uma chamada “eco de fótons sem ruído” (NLPE) e outra chamada “pente de frequência atômica” (AFC). Eles descobriram que o método NLPE era quatro vezes mais eficiente que o AFC porque mantinha o cristal funcionando da melhor forma. O mais impressionante é que o dispositivo deles poderia armazenar e recuperar informações quânticas com uma confiabilidade de 94,9%, um nível muito melhor do que qualquer tecnologia tradicional.
Aproximando-se da memória quântica
Esta conquista representa um “objetivo há muito esperado” no campo da pesquisa em memória quântica, como observaram os pesquisadores em seu artigo. A memória quântica de onda spin integrada não apenas estabelece as bases para repetidores quânticos multiplexados – essenciais para a construção de redes quânticas em grande escala – mas também abre a porta para memórias quânticas transportáveis de alta capacidade.
À medida que a era quântica avança, inovações como esta aproximam-nos da realização do potencial das redes quânticas, prometendo sistemas de comunicação mais rápidos e seguros.
Kenna Hughes-Castleberry é comunicadora científica da JILA (um instituto de pesquisa em física líder mundial) e redatora científica do The Debrief. Siga e conecte-se com ela no céu azul ou entre em contato com ela por e-mail em kenna@thedebrief.org
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