Internet quântica à velocidade da luz poderá usar fibras ópticas

Com informações da Universidade de Innsbruck - 14/02/2013

A informação quântica é gravada na polarização de um fóton, que pode então ser transmitido pela fibra óptica.
[Imagem: Harald Ritsch]

Bit passa do átomo ao fóton

As fibras ópticas transmitem informações todos os dia, em todo o mundo, à velocidade da luz.

A novidade é que elas também podem ser aproveitadas para transportar informações quânticas.

Para demonstrar isso, Andreas Stute e seus colegas da Universidade de Innsbruck, na Áustria, transferiram a informação quântica armazenada em um átomo - um qubit - diretamente para uma partícula de luz, um fóton.

Essa informação pode então ser enviada ao longo da rede comum de fibra óptica para um átomo distante.

Em 2010, uma equipe norte-americana já havia demonstrado como converter fótons que transportam dados quânticos para comprimentos de onda que podem ser transmitidos por longas distâncias pelas redes de fibras ópticas.

• Informações quânticas trafegam em rede de fibras ópticas

Qubit atômico

Entre as tecnologias mais promissoras para a construção dos computadores quânticos estão os sistemas de átomos individuais, confinados em armadilhas de íons e manipulados com raios laser.

Em laboratório, esses sistemas já foram usados para testar os blocos básicos para a construção de um futuro computador quântico.

"Atualmente já podemos realizar cálculos quânticos com átomos," explica Stute. "Mas ainda falta [construir] interfaces viáveis com as quais a informação quântica possa ser transferida através de canais ópticos de um computador para outro."

Que isso é possível é, conforme demonstrou recentemente uma equipe alemã, que criou o primeiro link de comunicação quântica.

Internet quântica

O que torna a construção dessas interfaces algo particularmente difícil são as próprias leis da mecânica quântica, que não permitem que a informação quântica seja simplesmente copiada.

Em vez disso, uma futura internet quântica - isto é, uma rede de computadores quânticos ligados por canais ópticos - terá de transferir as informações quânticas para partículas individuais de luz, os fótons.

Estes fótons sim, poderão então ser transportados através de fibras ópticas para outros computadores quânticos.

O que os pesquisadores fizeram agora pela primeira vez, foi transferir diretamente a informação quântica do átomo, ou seja, do qubit, para um único fóton.

Interface quântica

O qubit onde está a informação é um íon de cálcio preso em uma armadilha iônica, posicionado entre dois espelhos altamente reflexivos. "Nós usamos um laser para gravar a informação quântica nos estados eletrônicos do átomo," explica Stute.

"O átomo é então excitado com um segundo laser e, como resultado, ele emite um fóton. Neste momento, podemos escrever a informação quântica registrada no átomo sobre o estado de polarização do fóton, mapeando assim a informação na partícula de luz".

Em outras palavras, a informação é lida no átomo, e gera-se um fóton cuja propriedade contém aquela mesma informação.

O fóton é armazenado entre os espelhos até que finalmente ele passa através de um dos espelhos, que é menos reflexivo do que o outro.

"Os dois espelhos orientam o fóton em uma direção específica, efetivamente guiando-o em uma fibra óptica", explica Bernardo Casabone, coautor do experimento.

A informação quântica armazenada nos fótons pode, assim, ser transmitida ao longo da fibra óptica a um computador quântico distante, onde a mesma técnica pode ser aplicada ao reverso para escrever a informação de volta em um átomo.

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