Teletransporte Quântico Complexo Alcançado pela Primeira Vez

Cena de teletransporte do seriado Star Trek.

Cientistas austríacos e chineses conseguiram pela primeira vez teleportar estados quânticos tridimensionais. O teletransporte tridimensional pode desempenhar um papel importante nos futuros computadores quânticos.

Pesquisadores da Academia Austríaca de Ciências e da Universidade de Viena demonstraram experimentalmente o que antes era apenas uma possibilidade teórica. Juntamente com físicos quânticos da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, eles conseguiram teletransportar estados quânticos complexos de alta dimensão. As equipes de pesquisa relatam este primeiro estudo internacional na revista Physical Review Letters.

Em seu estudo, os pesquisadores teletransportaram o estado quântico de um fóton (partícula leve) para outro distante. Anteriormente, apenas dois estados de nível (“qubit”) tinham sido transmitidos, ou seja, informações com valores “0” ou “1”. No entanto, os cientistas conseguiram teleportar um estado de três níveis, um chamado “qutrit”. Na física quântica, ao contrário da ciência da computação clássica, “0” e “1” não são um “sim ou não” – ambos simultaneamente, ou qualquer coisa no meio, também é possível. A equipe austríaco-chinesa já demonstrou isso na prática com uma terceira possibilidade “2”.

Novo método experimental

Sabe-se desde a década de 1990 que o teletransporte quântico multidimensional é teoricamente possível. No entanto: “Primeiro, tivemos de conceber um método experimental para implementar o teletransporte de alta dimensão, bem como para desenvolver a tecnologia necessária”, diz Manuel Erhard do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica de Viena, da Academia de Ciências da Áustria.

O estado quântico a ser teleportado é codificado nos possíveis caminhos que um fóton pode tomar. Pode-se imaginar estes caminhos como três fibras ópticas. O mais interessante é que, na física quântica, um único fóton também pode ser colocado em todas as três fibras ópticas ao mesmo tempo. Para teleportar este estado quântico tridimensional, os pesquisadores usaram um novo método experimental. O núcleo do teletransporte quântico é a chamada medição Bell. Ele é baseado em um divisor de feixe multiportas, que direciona fótons através de várias entradas e saídas e conecta todas as fibras ópticas em conjunto. Além disso, os cientistas usaram fótons auxiliares – estes também são enviados para o divisor de múltiplos feixes e podem interferir com os outros fótons.

Através da seleção inteligente de certos padrões de interferência, a informação quântica pode ser transferida para outro fóton longe do fóton de entrada, sem que os dois sempre interajam fisicamente. O conceito experimental não se limita a três dimensões, mas pode, em princípio, ser estendido a qualquer número de dimensões, como enfatiza Erhard.

Capacidades de informação mais elevadas para computadores quânticos

Com isso, a equipe de pesquisa internacional também deu um passo importante para aplicações práticas, como uma futura internet quântica, uma vez que sistemas quânticos de alta dimensão podem transportar quantidades maiores de informação do que as quedas. “Este resultado pode ajudar a conectar computadores quânticos com capacidades de informação além dos limites”, diz Anton Zeilinger, físico quântico da Academia Austríaca de Ciências e da Universidade de Viena, sobre o potencial inovador do novo método.

Os investigadores chineses participantes também vêem grandes oportunidades no teletransporte quântico multidimensional. “O básico para os sistemas de redes quânticas da próxima geração é construído a partir de nossa pesquisa fundamental de hoje”, diz Jian-Wei Pan da Universidade de Ciência e Tecnologia da China. Pan realizou recentemente uma palestra em Viena a convite da Universidade de Viena e da Academia.

Em trabalhos futuros, os físicos quânticos se concentrarão em como estender o conhecimento recém-adquirido para permitir o teletransporte de todo o estado quântico de um único fóton ou átomo.

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