Entrelaçamento quântico pode acelerar telecomunicações

Laboratório da universidade de waterloo onde se obteve o entrelaçamento quântico de 3 fótons. Crédito: k. Shalm; nist — laboratório da universidade de waterloo onde se obteve o entrelaçamento quântico de 3 fótons. Crédito: k. Shalm; nist

No estranho mundo da mecânica quântica, os destinos de partículas separadas por grandes distâncias podem estar intimamente conectados, de forma que qualquer coisa que aconteça a uma delas afetará as demais. Esse estado, denominado entrelaçamento (ou emaranhamento) quântico, vem sendo pesquisado pela física e pela ciência da computação com o objetivo de se criar um computador quântico, capaz de realizar um número de cálculos simultâneos imensamente maior do que o executado pelos computadores atuais.

Agora, físicos entrelaçaram três partículas de luz — fótons/fotões — com a ajuda de um novo detector de prótons desenvolvido no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos Estados Unidos. O estudo, detalhado na revista Nature Photonics, pode representar um passo adiante para a computação quântica.

Bits e Qubits

Os computadores que utilizamos armazenam informação sob a forma de bits, cujos valores em um dado momento podem ser 0 ou 1. Já as partículas quânticas podem existir em mais de um lugar e apresentar mais de um estado físico ao mesmo tempo, fenômeno conhecido como sobreposição [Leia também: “Alice no País da Quântica: cientistas criam os nêutrons ‘Gatos de Cheshire‘”] e que lhes permite admitir os valores 0 e 1 simultaneamente. Assim, os qubits (bits quânticos) podem armazenar mais informação e transferi-la de forma mais veloz que os bits, uma vez que partículas localizadas em dois pontos quaisquer ao redor do mundo estariam conectadas.

Contudo, o uso dos qubits na computação quântica exigiria que muitas partículas fossem entrelaçadas, de maneira a aumentar a capacidade de processamento, afinal, se dois qubits entrelaçados armazenam 4 valores em um determinado instante, três qubits computam 8 valores, e assim por diante.

No experimento do NIST, uma equipe de pesquisadores criou trios de fótons entrelaçados de um modo mais estável e eficiente do que estudos anteriores.

A princípio, os cientistas dispararam um fóton azul na direção de um cristal, que o transformou em dois fótons vermelhos entrelaçados denominados “fótons filhos”. Então, o aparato experimental enviou um dos fótons filhos para um segundo cristal que, por sua vez, gerou um par de “fótons netos” infravermelhos entrelaçados com o fóton filho.

O entrelaçamento entre os fótons filhos ocorre uma vez a cada bilhão (mil milhões) de tentativas. O entrelaçamento triplo também é extremamente raro, ocorrendo uma vez a cada um milhão de entrelaçamentos entre os filhos e, mesmo com essa dificuldade, o experimento recente coletou dados de 660 trios entrelaçados por hora (para se ter uma ideia do avanço obtido, pesquisas prévias produziram apenas 7 trios/hora).

Krister Shalm, físico do NIST que participou do experimento, afirma que os trios de fótons gerados pela equipe estão na faixa de comprimentos de onda utilizada pela telecomunicação. Ele reconhece, no entanto, que a escala do sistema ainda é pequena demais para que se alcance um número de partículas suficiente para a computação quântica, pois o próprio sistema requereria cada vez mais cristais para gerar o improvável entrelaçamento de partículas filhas, netas, bisnetas, etc.