Nova técnica melhora a comunicação quântica usando partículas do som

A comunicação quântica - na qual a informação é enviada por meio de partículas, normalmente fótons emaranhados - tem o potencial para ser um canal de comunicação extremamente seguro. Isso porque é quase impossível escutar a comunicação quântica, e aqueles que o fazem deixam rastros.

Porém, enviar informações quânticas via fótons em canais tradicionais, como fibra óptica, é difícil: os fótons carregando dados são geralmente perdidos ou corrompidos, tornando os sinais fracos ou incoerentes. Muitas vezes, uma mensagem precisa ser enviada diversas vezes para garantir que seja de fato recebida.

Cientistas da Escola Pritzker de Engenharia Molecular (PME) da Universidade de Chicago demonstraram uma nova técnica de comunicação quântica que ignora completamente esses canais. Em um novo artigo, eles vincularam dois nós de comunicação a um canal e provaram que essa nova técnica pode enviar informações quantum-mecanicamente entre os nós, sem nunca ocupar o canal de vinculação.

Liderada pelo professor Andrew Cleland e publicada na revista Physical Review Letters, a pesquisa aproveita o fenômeno de emaranhamento entre os dois nós e mostra uma nova direção potencial para a comunicação quântica.

A pesquisa se junta a outro estudo recente, no qual a equipe de Cleland emaranha dois fônons - as partículas quânticas do som - pela primeira vez, abrindo portas para novas tecnologias em potencial. "Ambos os trabalhos representam uma nova maneira de abordar a tecnologia quântica", afirmou Cleland. "Estamos empolgados com o que esses resultados podem significar para o futuro da comunicação quântica e dos sistemas quânticos de estado sólido".

A cientista Audrey Bienfait fazia parte da equipe que utilizou fônons na comunicação quântica pela primeira vez. Imagem: Nancy Wong

Comunicação quântica fantasmagórica

Fótons e fônons emaranhados podem sobreviver a grandes distâncias. Uma mudança em uma partícula provoca outra mudança em outra partícula. A comunicação quântica aproveita esse fenômeno inserindo informações nessas partículas.

Cleland buscava um método para enviar informações sem perdê-las na transmissão. Ele e sua equipe desenvolveram um sistema que enredava dois nós de comunicação usando fótons de microondas (os mesmos usados em telefones celulares) através de um cabo de microondas com um metro de comprimento. Ao ligar e desligar o sistema de forma controlada, eles conseguiram emaranhar quanticamente os dois nós e enviar informações entre eles, sem precisar enviar fótons pelo cabo.

Embora o sistema tenha limitações (como ser mantido a apenas alguns graus acima do zero absoluto), ele poderia funcionar em temperatura ambiente, usando átomos no lugar de fótons. O sistema de Cleland, contudo, oferece mais controle. O próximo passo dos pesquisadores é envolver vários fótons em um estado mais complicado.

Emaranhando fônons com a mesma técnica

Usando um sistema semelhante ao de comunicação quântica de fótons, mas com fônons, a equipe foi capaz de enredar dois fônons de microondas - cujo tom é cerca de um milhão de vezes mais alto do que o ouvido humano pode captar.

Depois de emaranhados, a equipe usou um dos fônons como um "arauto" para alterar como o sistema quântico usava o outro fônon. Esse arauto permitiu à equipe realizar o chamado "apagador quântico", no qual as informações são apagadas de uma medição, mesmo após sua conclusão.

Por mais que fônons tenham desvantagens em relação aos fótons (como a tendência a ter uma vida mais curta), eles interagem fortemente com vários sistemas quânticos de estado sólido que podem não interagir da mesma forma com fótons. Celulares poderiam se acoplar melhor a esse sistema.

"Ele abre uma nova janela para o que você pode fazer com sistemas quânticos, talvez semelhante à maneira como os detectores de ondas gravitacionais, que também usam movimento mecânico, abriram um novo telescópio no universo", explicou Cleland.

Via: Phys.org