Nova fonte de luz emite fótons brilhantes e emaranhados para comunicação quântica

Imagine a possibilidade de enviar mensagens que são completamente impermeáveis ​​até mesmo aos computadores mais poderosos. Esta é a incrível promessa da comunicação quântica, que aproveita as propriedades únicas das partículas de luz conhecidas como fótons.

Em redes quânticas, a informação é codificada não apenas na presença ou ausência de pulsos de luz, mas também nas propriedades complexas dos próprios fótons, como sua polarização.

Uma equipe de pesquisa pan-europeia, asiática e sul-americana desenvolveu uma nova fonte de luz que emite fótons entrelaçados excepcionalmente brilhantes. Esses pares especiais de fótons são a pedra angular da comunicação quântica, uma tecnologia revolucionária que promete transmissão de dados ultra-segura. Diferentemente das fontes tradicionais, esse novo dispositivo supera limitações ao atingir alto brilho e entrelaçamento, abrindo caminho para redes quânticas mais eficientes e seguras.

Uma fonte de luz que pode gerar fótons emaranhados é crucial para a comunicação quântica. O emaranhamento é um fenômeno quântico bizarro em que dois fótons se tornam ligados, compartilhando o mesmo destino, independentemente da distância. Se alguém mede a propriedade de um fóton emaranhado, o outro reflete instantaneamente essa mudança, mesmo que estejam separados por grandes distâncias. Esse elo inerente forma a base para a criptografia inquebrável na comunicação quântica.

No entanto, as fontes existentes para fótons emaranhados frequentemente enfrentam limitações. Métodos tradicionais, como conversão descendente paramétrica espontânea (SPDC), podem gerar fótons emaranhados de alta qualidade, mas têm dificuldades com o brilho. Isso significa que menos fótons emaranhados estão disponíveis para comunicação, retardando a transferência de dados.

Emissores quânticos acionados por excitação ressonante oferecem uma solução. Esses emissores podem gerar fótons sob demanda e têm o potencial de serem muito mais brilhantes. Entre eles, os pontos quânticos semicondutores (QDs) são particularmente promissores. No entanto, até agora, os cientistas não conseguiram otimizar o brilho e o emaranhamento em fontes QD. Eles frequentemente tinham que escolher entre um ou outro.

Esta nova pesquisa, publicada em eLuzaborda esse desafio. Os cientistas criaram um dispositivo exclusivo integrando um ponto quântico com uma cavidade especial de captura de luz e uma plataforma micromaquinada. Isso permite que eles controlem precisamente as propriedades da luz emitida pelo ponto quântico. Ao ajustar essas propriedades, eles alcançaram um avanço — uma fonte que gera simultaneamente fótons brilhantes e emaranhados.

Esta nova fonte representa um passo significativo em direção a aplicações práticas da comunicação quântica. Gerar fótons brilhantes e emaranhados sob demanda é essencial para construir redes quânticas seguras e eficientes. Essas redes podem revolucionar vários campos, desde a comunicação ultrassegura para governos e instituições financeiras até a criptografia inquebrável para transações cotidianas.

Embora ainda existam desafios para atingir brilho ainda maior e perfeita indistinguibilidade dos fótons emaranhados, esta pesquisa marca um salto significativo à frente. Ela demonstra o potencial dos pontos quânticos como uma fonte confiável para construir o futuro das redes de comunicação quântica.