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Interagimos com bits e bytes todos os dias – seja enviando uma mensagem de texto ou recebendo um e-mail.
Há também bits quânticos, ou qubits, que têm diferenças críticas de bits e bytes comuns. Esses fótons – partículas de luz – podem transportar informações quânticas e oferecer recursos excepcionais que não podem ser alcançados de outra maneira. Ao contrário da computação binária, onde os bits podem representar apenas 0 ou 1, o comportamento do qubit existe no domínio da mecânica quântica. Através da “superposição”, um qubit pode representar um 0, um 1 ou qualquer proporção intermediária. Isso aumenta muito a velocidade de processamento de um computador quântico em comparação com os computadores atuais.
“Aprender sobre as capacidades dos qubits tem sido uma força motriz para o campo emergente das tecnologias quânticas, abrindo aplicações novas e inexploradas, como comunicação quântica, computação e detecção”, disse Hong Koo Kim, professor de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Escola de Engenharia Pittsburgh Swanson.
As tecnologias quânticas são importantes para vários campos, como para bancos que protegem informações financeiras ou fornecem aos pesquisadores a velocidade necessária para imitar todos os aspectos da química. E através do “emaranhamento” quântico, os qubits poderiam “comunicar-se” através de vastas distâncias como um único sistema. Kim e seu aluno de pós-graduação, Yu Shi, fizeram uma descoberta que pode ajudar a tecnologia quântica a dar um salto quântico.
Começa com um único fóton
As tecnologias quânticas baseadas em fótons dependem de fontes de fótons individuais que podem emitir fótons individuais.
Esses fótons individuais podem ser gerados a partir de semicondutores em escala nanométrica, mais comumente conhecidos como pontos quânticos. Semelhante à forma como as antenas de micro-ondas transmitem sinais de telefonia móvel, um ponto quântico atua como uma antena que irradia luz.
“Ao realizar uma análise rigorosa, descobrimos que um emissor de ponto quântico – ou uma antena dipolo de escala nanométrica – retém uma grande quantidade de energia”, explicou Kim. “A operação do regime externo de um emissor dipolo é bem compreendida, mas esta é realmente a primeira vez que um dipolo foi estudado no interior”.
Os fótons desses pontos quânticos saem com a lateralidade, como nós, uma pessoa destra ou canhota, e a informação quântica é transportada por essa lateralidade de fótons individuais. Como tal, classificá-los em diferentes caminhos é uma tarefa importante para o processamento de informações quânticas. A equipe de Kim desenvolveu uma nova maneira de separar fótons de mãos diferentes e colhê-los com eficiência para processamento posterior.
“Espera-se que as descobertas deste trabalho contribuam para o desenvolvimento de fontes de fótons únicos de alta velocidade, um componente crítico necessário na fotônica quântica”, disse Kim.
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