Uma equipe internacional de cientistas anunciou a criação das bases para a primeira memória quântica do mundo operando na faixa de raios X. No futuro, isso permitirá o desenvolvimento de memórias mais densas e resistentes a ruídos para computadores quânticos, que hoje têm tempo limitado para realizar operações quânticas. A transição para a memória de “raios X” aumentará o tempo de armazenamento dos estados quânticos, o que aproximará o valor prático da computação quântica.
Ilustração de um pente de frequência nuclear exibindo fótons únicos visualizados em escala logarítmica. Fonte da imagem: DESY/Sven Velten
Os modelos modernos de memória quântica, quando falam em fótons, assumem a interação de luz e átomos. Há algum tempo, um grupo da professora da Texas A&M University, Olga Kocharovskaya, propôs mudar para um novo método de armazenamento e liberação de pulsos de raios X no nível de um único fóton, quando o fóton atua não em um átomo, mas diretamente em seu núcleo.
Num novo estudo, uma equipe de cientistas da Texas A&M University e seus colegas da Alemanha e da França aproveitaram os desenvolvimentos teóricos do grupo de Kocharovskaya e conduziram um experimento que comprovou a viabilidade da ideia, que relataram em um artigo na revista. Avanços da Ciência.
Manter a luz (fóton) imóvel – produzindo uma espécie de registro de informações – é uma tarefa difícil. Isso pode ser feito usando estados quase estacionários, como spin ou onda de polarização.
«A memória quântica é um elemento indispensável de uma rede quântica, fornecendo armazenamento e recuperação de informações quânticas”, explicou Kocharovskaya. “Os fótons são transportadores rápidos e confiáveis de informações quânticas, mas são difíceis de manter parados caso essa informação seja necessária mais tarde. Uma maneira conveniente de conseguir isso é imprimir essa informação em um meio quase estacionário na forma de uma polarização ou onda de spin com um longo tempo de coerência e liberá-la de volta reemitindo os fótons originais.”
A ideia foi testada usando fontes síncrotron PETRA III no German Electron Synchrotron (DESY) em Hamburgo e no European Synchrotron Radiation Facility na França, levando à primeira implementação de memória quântica na faixa de raios X duros.
O experimento foi baseado na criação de um pente de frequência no espectro de absorção. Pulsos de raios X com espectro de absorção correspondente a este pente eram, por assim dizer, lembrados por alvos nucleares e podiam ser reemitidos com certo atraso – como se fossem lidos. A transferência desse mecanismo, conforme mencionado acima, ocorreu na faixa dos raios X para influenciar os núcleos dos átomos. Núcleos menores são menos sensíveis aos efeitos de campos magnéticos externos e outras perturbações, e os estados quânticos, como sabemos, têm medo de tudo isso e são destruídos.
Os próximos passos planejados pela equipe incluem a emissão sob demanda de pacotes de ondas de fótons armazenados, o que poderia levar à implementação do emaranhamento entre diferentes fótons de raios X duros – principal recurso para processamento de informações quânticas. A pesquisa da equipe também destaca o potencial de extensão das tecnologias quânticas ópticas para comprimentos de onda mais curtos, que são inerentemente menos ruidosos porque a interferência tende a se espalhar através de ondas de alta frequência.