Hologramas quânticos enviam mensagens seguras que desaparecem

Com informações da New Scientist - 13/09/2024

Luz polarizada pode fazer desaparecer mensagens codificadas em um holograma quântico.
[Imagem: Jensen Li et al. (2024)]

Hologramas quânticos

Partículas de luz compartilhando do fenômeno quântico do entrelaçamento podem ser usadas para transmitir imagens holográficas em esquemas de comunicações à prova de espionagem.

Além de incorporar mensagens seguras nos hologramas, o esquema permite apagar seletivamente essas mensagens ou mesmo partes delas, mesmo depois de elas terem sido enviadas.

Os sinais de luz quântica são portadores de informação inerentemente seguros, já que sua interceptação destrói o frágil estado quântico usado para codificar essas informações.

Para tirar vantagem disso sem ter que usar dispositivos volumosos, Jensen Li e colegas da Universidade de Hong Kong usaram uma metassuperfície, um material 2D agora quase onipresente, neste caso projetado para ter propriedades especiais de manipulação da luz. Neste caso, a metassuperfície foi projetada criar hologramas quânticos.

Os hologramas normais codificam informações que podem ser recuperadas quando iluminadas. Por exemplo, um cartão de papel holográfico 2D revela imagens 3D quando a luz incide sobre ele no ângulo certo. Para fazer um holograma quântico, os pesquisadores codificaram a informação no estado quântico de uma partícula de luz, ou fóton.

Esquema do uso dos hologramas quânticos para cifrar mensagens que podem ser apagadas mesmo depois de serem enviadas.
[Imagem: Jensen Li et al. (2024)]

Funcionamento da criptografia holográfica

Tudo começa com um laser que faz um cristal especial emitir dois fótons entrelaçados, ou seja, inextricavelmente interligados - tudo o que acontecer com um daí por diante instantaneamente afetará o outro.

Os fótons viajam em caminhos separados, apenas um deles dirigindo-se à metassuperfície. Lá, os milhares de pequenos componentes da metassuperfície, conhecidos como meta-átomos ou "antenas de luz", alteram o estado quântico do fóton de uma forma pré-programada, codificando nele uma imagem holográfica.

Na verdade, o estado desse primeiro fóton se torna uma superposição de hologramas, contendo simultaneamente muitas variações possíveis da mensagem - só quando a mensagem for lida, ele "colapsará" numa de suas versões.

O fóton gêmeo, por sua vez, vai para um filtro polarizado, que controla quais partes do holograma serão mostradas e quais vão desaparecer. Como os fótons estão entrelaçados, a polarização deste segundo afeta a imagem guardada no outro.

Por exemplo, o holograma de teste continha as letras H, D, V e A, mas adicionar um filtro para luz polarizada horizontalmente apagou a letra H da imagem final.

Ilustração do funcionamento da metassuperfície usada para codificar os hologramas quânticos.
[Imagem: Jensen Li et al. (2024)]

Aplicações

Os pesquisadores afirmam que a metassuperfície poderá ser usada para codificar informações mais complicadas nos fótons, como parte de um protocolo de criptografia quântica.

Hologramas quânticos também poderão ser usados para gerar imagens de pequenas estruturas biológicas, um campo em rápida expansão e que tem exigido novas tecnologias de imageamento.

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