Na Áustria, eles criaram um repetidor de estados quânticos emaranhados e os teletransportaram via fibra ótica por 50 km

Se os computadores quânticos seguirem o caminho do desenvolvimento dos sistemas clássicos, o próximo passo para eles será a rede, inclusive global. Será necessário transferir estados quânticos, em particular, para emaranhar os qubits de um computador com os qubits de outro. Em distâncias curtas, isso ainda pode ser feito, mas fornecer essa transmissão por dezenas, centenas e milhares de quilômetros é uma tarefa que requer repetidores especiais. O trabalho deste foi mostrado na Áustria.

Fonte da imagem: Harald Ritsch/Universidade de Innsbruck

O problema com repetidores de estados quânticos é que qualquer medição das características quânticas de um objeto leva ao colapso de todos os outros estados. Essa física complica muito a distribuição de chaves quânticas e a criptografia quântica com base nisso. Para agravar ainda mais o problema, está o fato de que a transferência de estados quânticos deve ser espremida na infraestrutura de fibra de cabo existente – para garantir a operação em equipamentos passivos e ativos. Em termos mais simples, um fóton portador de um estado quântico deve primeiro ser convertido em um fóton com frequência padrão para telecomunicações modernas para sua transmissão por ótica, onde há diferentes requisitos de comprimento de onda, e então a conversão inversa deve ser feita.

Cientistas da Universidade Austríaca de Innsbruck conseguiram realizar um truque semelhante. Os pesquisadores montaram um repetidor de emaranhamento de fótons e mostraram “teletransporte” por 50 km. Para esclarecer, não se trata da transferência de informações que podem ser decifradas de uma forma ou de outra, mas da transferência de um estado quântico (geralmente estamos falando de medir o spin – a orientação do vetor magnético de uma partícula elementar) . Um dos fótons poderia ser 0, 1 ou um número infinito de valores intermediários, mas ao medir as características de um deles, o segundo mostrava instantaneamente o valor oposto para o parâmetro medido.

Na verdade, os cientistas não removeram a fibra ótica do laboratório e usaram carretéis com dois comprimentos separados de 25 km de cabo ótico. Um repetidor com memória quântica conectou esses segmentos no meio. A memória quântica na forma de íons de cálcio em uma armadilha óptica (em um ressonador óptico) desempenhou o papel de um dispositivo de armazenamento em caso de perda de fótons durante a transmissão, mas o mais importante, foi um elemento-chave na troca de estados emaranhados entre fótons em um e outro segmento da fibra óptica.

Cada um dos íons de cálcio emitiu um fóton. Esses fótons se espalharam por seus cabos (segmentos de rede) e ao mesmo tempo permaneceram emaranhados, cada um com seu íon. Antes de enviar um fóton para a outra ponta da fibra, ele foi convertido em um fóton com comprimento de onda de 1550 nm para atender ao padrão atual em telecomunicações. Em seguida, os íons de cálcio foram emaranhados uns com os outros. O experimento mostrou que o emaranhamento de íons no repetidor levava ao emaranhamento síncrono de fótons, ou, mais simplesmente, à transmissão instantânea do emaranhamento ao longo de um cabo óptico de 50 km de comprimento.

De acordo com os experimentos realizados, os cientistas concluíram que é necessário retransmitir estados quânticos a cada 25 km. Isso atenderá melhor aos requisitos para manter a taxa de transferência alta e a taxa de erro a mais baixa possível.