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A primeira demonstração bem-sucedida de teletransporte quântico através de um cabo de fibra óptica foi alcançada, de acordo com novas pesquisas inovadoras.
A descoberta, feita por engenheiros da Universidade Northwestern e financiada pelo Departamento de Energia dos EUA (DoE), apresenta novos potenciais no domínio da comunicação quântica, permitindo que seja combinada com cabos existentes utilizados para fornecer Internet. Esta abordagem inovadora reduz a necessidade de infraestrutura adicional necessária para a computação quântica ou tecnologias de detecção quântica.
Anteriormente considerado impossível, a equipe da Northwestern responsável pela descoberta diz que seu trabalho mostra o próximo estágio no aproveitamento de uma única infraestrutura de fibra óptica que pode unir redes quânticas e clássicas.
“Nosso trabalho mostra um caminho para redes quânticas e clássicas de próxima geração que compartilham uma infraestrutura de fibra óptica unificada”, disse Prem Kumar, pesquisador da Northwestern que liderou a pesquisa recente.
“Basicamente, isso abre a porta para levar as comunicações quânticas para o próximo nível”, disse Kumar.
Um avanço no teletransporte quântico
O teletransporte quântico funciona aproveitando as propriedades únicas do emaranhamento quântico, ou o que Einstein chamou de “ação assustadora à distância”. Como as partículas permanecem emaranhadas mesmo quando separadas por uma quantidade significativa de espaço, elas podem transferir informações sem ter que carregá-las fisicamente.
A conquista da equipe da Northwestern é significativa, uma vez que essas propriedades únicas que permitem o teletransporte quântico permitem um novo meio extremamente rápido de transferência de informações a grandes distâncias sem a necessidade de transmissão direta.
Kumar diz que todos os sinais são convertidos em luz nos sistemas de comunicações ópticas e que, embora sejam necessárias milhões de partículas de luz nas comunicações clássicas, a informação quântica depende de fotões únicos.
Ao realizar uma medição destrutiva de um par de fótons onde um carrega um estado quântico e o outro está emaranhado com outro fóton, a equipe de pesquisa diz que o estado quântico pode ser transportado para o fóton restante, independentemente da distância envolvida.
“O fóton em si não precisa ser enviado por longas distâncias, mas seu estado ainda acaba codificado no fóton distante”, disse Jordan Thomas, Ph.D. candidato que estuda no laboratório de Kumar e autor principal de um novo artigo que descreve as conquistas da equipe.
“O teletransporte permite a troca de informações por grandes distâncias sem exigir que a própria informação percorra essa distância”, disse Thomas em comunicado.
Alcançando o Impossível
Anteriormente, pensava-se que o uso de cabos de comunicação óptica padrão que já transportam comunicações clássicas apresentaria limitações no que diz respeito ao teletransporte quântico, uma vez que se acreditava que os fótons emaranhados iriam “afogar-se” em meio aos milhões de outras partículas de luz presentes.
Para superar isso, Kumar e a equipe de engenharia da Northwestern descobriram um meio de permitir que os delicados fótons evitassem esse problema, utilizando um determinado comprimento de onda de luz como caminho para seus fótons. Além disso, a equipe desenvolveu filtros especiais que poderiam ser usados para ajudar a reduzir a quantidade de ruído causado pelo tráfego normal da Internet enviado por cabos ópticos.
“Estudamos cuidadosamente como a luz é espalhada e colocamos nossos fótons em um ponto judicial onde esse mecanismo de dispersão é minimizado”, disse Kumar, o que permitiu que ele e seus colegas pesquisadores conseguissem comunicação quântica sem interferência da informação clássica enviada pelos mesmos cabos. .
A equipe então testou seu método usando um cabo de fibra óptica de 30 quilômetros com fótons localizados em cada extremidade. Depois de enviar informações quânticas e tráfego de Internet de alta velocidade através do cabo, a equipe executou um protocolo de teletransporte medindo a qualidade da informação quântica que foi transferida para a extremidade receptora, enquanto fazia medições no ponto médio. Isto permitiu à equipe confirmar que a informação quântica foi transmitida com sucesso, apesar da transferência simultânea de informação clássica.
Um teletransporte quântico primeiro
Thomas disse que a conquista da equipe representa “a primeira a mostrar o teletransporte quântico neste novo cenário”, acrescentando que o envio de informações sem transmissão direta dessa forma “abre a porta para aplicações quânticas ainda mais avançadas realizadas sem fibra dedicada”.
“O teletransporte quântico tem a capacidade de fornecer conectividade quântica de forma segura entre nós geograficamente distantes”, disse Kumar sobre a pesquisa da equipe, acrescentando que “muitas pessoas há muito presumiam que ninguém construiria uma infraestrutura especializada para enviar partículas de luz”.
No futuro, a equipe planeja conduzir seus experimentos em distâncias ainda maiores usando dois pares de fótons emaranhados, o que lhes permitirá demonstrar outro marco potencial em aplicações quânticas, conhecido como troca de emaranhamento.
Além disso, a equipe espera realizar experimentos usando cabos ópticos em ambientes reais fora do laboratório.
“Se escolhermos adequadamente os comprimentos de onda, não teremos que construir novas infraestruturas. As comunicações clássicas e as comunicações quânticas podem coexistir”, diz Kumar.
A equipe novo estudo“Teletransporte quântico coexistindo com comunicações clássicas em fibra óptica”, foi publicado este mês na revista ÓPTICO.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe seu trabalho em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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