(Créditos da imagem: ÖAW/Harald Ritsch).

Cientistas austríacos e chineses conseguiram teletransportar estados quânticos tridimensionais pela primeira vez. O teletransporte de alta dimensão pode desempenhar um papel importante em 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 os físicos quânticos da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, eles conseguiram teletransportar estados quânticos de alta dimensão complexos. As equipes de pesquisa relatam esse internacional pela primeira vez na revista Physical Review Letters.

No estudo, os pesquisadores teletransportaram o estado quântico de um fóton (partícula de luz) para outro distante. Anteriormente, apenas estados de dois níveis (“qubits”) haviam sido transmitidos, ou seja, informações com os valores “0” ou “1”. No entanto, os cientistas conseguiram teletransportar um estado de três níveis, o chamado “qutrit”. Na física quântica, diferentemente da ciência clássica da computação, “0” e “1” não são um “sim ou não” — ambos simultaneamente, ou qualquer coisa intermediária, também é possível. A equipe austríaco-chinesa já demonstrou isso na prática com uma terceira possibilidade “2”.

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Novo método experimental

Sabe-se desde os anos 90 que o teletransporte quântico multidimensional é teoricamente possível. No entanto: “Primeiro, tivemos que projetar um método experimental para implementar o teletransporte de alta dimensão, além de desenvolver a tecnologia necessária”, disse Manuel Erhard, do Instituto de Ótica Quântica de Viena e Informações Quânticas da Academia Austríaca de Ciências.

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

Através da seleção inteligente de certos padrões de interferência, as informações quânticas podem ser transferidas para outro fóton distante do fóton de entrada, sem que os dois 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.

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Maiores capacidades de informação para computadores quânticos

Com isso, a equipe de pesquisadores internacional também deu um passo importante em direção a aplicações práticas, como uma futura Internet quântica, uma vez que os sistemas quânticos de alta dimensão podem transportar mais informação que os qubits.

“Este resultado pode ajudar a conectar computadores quânticos com capacidades de informação além dos qubits”, disse Anton Zeilinger, físico quântico da Academia Austríaca de Ciências e da Universidade de Viena, sobre o potencial inovador do novo método.

Os pesquisadores chineses participantes também veem grandes oportunidades no teletransporte quântico multidimensional. “O básico para os sistemas de rede quântica da próxima geração é construído em nossa pesquisa fundamental hoje”, disse 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.

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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. [Phys.org].

Referência:

  1. LUO, Yi-Han et al. “Quantum Teleportation in High Dimensions”; Physical Review Letters, 2019. Acesso em: 01 jan. 2019.