Engenheiros do Instituto de Tecnologia da Califórnia mostraram que os átomos nas cavidades das cavidades ópticas podem se tornar uma das principais tecnologias para o funcionamento da Internet quântica. Os pesquisadores publicaram seus trabalhos na revista Nature.
Redes quânticas conectarão computadores quânticos por meio de um sistema especial que fornecerá uma conexão entre eles. Em teoria, os computadores quânticos um dia serão capazes de realizar certas funções mais rápido do que os sistemas de computação clássicos, usando propriedades da mecânica quântica, como a superposição de estados, que permite que os bits quânticos sejam zero e um ao mesmo tempo.
Tal como acontece com os computadores clássicos, os cientistas gostariam de conectar vários computadores quânticos para trocar dados e trabalhar juntos - para criar uma espécie de "internet quântica". Isso abriria a porta para uma variedade de aplicações, incluindo computação quântica distribuída e comunicações criptografadas. No entanto, essa rede deve ser capaz de transferir informações entre dois dispositivos sem alterar as propriedades quânticas das informações transmitidas.
O modelo atual funciona assim: um átomo ou íon age como um qubit e armazena informações sobre sua propriedade quântica, como o spin. Para ler esta informação e transferi-la para outro lugar, o átomo deve ser excitado com um pulso de luz, fazendo com que ele emita um fóton cujo spin está emaranhado com o spin do átomo e é igual a ele. O fóton pode então transmitir informações associadas ao átomo por uma longa distância por meio de um cabo de fibra óptica. Mas fazer isso é mais difícil do que parece. A maioria dos átomos é sensível a flutuações em campos magnéticos e elétricos, o que leva a erros na operação de dispositivos baseados neles.
Para superar esse problema, os pesquisadores do Caltech construíram um ressonador nanofotônico - uma haste de cerca de 10 mícrons de comprimento com um padrão especial gravado em sua superfície, feito de um cristal de ortovanadato de ítrio. Em seguida, os cientistas colocaram um íon do metal de terras raras itérbio Yb 3+ no centro. Quando a radiação é transmitida por essa cavidade, ela passa várias vezes ao longo da haste e, finalmente, tendo perdido energia suficiente, é absorvida pelo íon itérbio. Os autores também mostraram que as cavidades no material alteram o ambiente do íon, por isso o fóton emitido pode ficar no material até 99% do tempo, e os cientistas, nesse ínterim, podem medir suas propriedades.
Além disso, os íons de itérbio são capazes de armazenar informações em suas costas por 30 milissegundos. Isso é suficiente para transmitir informações em todo o território continental dos Estados Unidos. A equipe está atualmente focada na criação dos blocos de construção de uma rede quântica. Eles então esperam expandir seus experimentos e conectar os dois bits quânticos bem separados.
Autor: Nikita Shevtsev
