Em um estudo recente publicado em Natureza , Os pesquisadores do ICFO liderados pelo Prof. Hugues de Riedmatten do ICREA relatam um link de rede quântica "híbrido" elementar e demonstram a comunicação quântica fotônica entre dois nós quânticos distintos colocados em laboratórios diferentes, usando um único fóton como portador de informações.

Hoje, as redes quânticas de informação estão crescendo para se tornar uma tecnologia disruptiva que fornecerá recursos radicalmente novos para o processamento de informações e comunicação. Pesquisas recentes sugerem que essa revolução da rede quântica pode estar chegando.

Os elementos-chave de uma rede de informação quântica são nós quânticos de processamento de informação compostos de sistemas de matéria como gases atômicos frios ou sólidos dopados, e partículas comunicantes, principalmente fótons. Embora os fótons pareçam ser portadores de informações perfeitos, ainda há incerteza quanto a qual sistema de matéria poderia ser usado como nó de rede, já que cada sistema oferece funcionalidades diferentes. Portanto, a implementação de uma rede híbrida foi proposta, buscando combinar as melhores capacidades de diferentes sistemas de materiais.

Estudos anteriores documentaram transferências confiáveis ​​de informações quânticas entre nós idênticos, mas esta é a primeira vez que isso foi alcançado com uma rede "híbrida" de nós. Os pesquisadores do ICFO desenvolveram uma solução e resolveram o desafio de uma transferência confiável de estados quânticos entre diferentes nós quânticos por meio de fótons únicos. Um único fóton precisa interagir fortemente e em um ambiente sem ruído com os nós heterogêneos ou sistemas de matéria, que geralmente funcionam em diferentes comprimentos de onda e larguras de banda. Como afirma Nicolas Maring "é como ter nós falando em duas línguas diferentes. Para que eles se comuniquem, é necessário converter as propriedades do fóton único para que ele possa transferir com eficiência todas as informações entre esses nós diferentes. "

Como eles resolveram o problema?

Em seu estudo, os pesquisadores do ICFO usaram dois nós quânticos muito distintos:o nó emissor era uma nuvem de átomos de rubídio resfriada a laser e o nó receptor um cristal dopado com íons praseodímio. Do gás frio, eles geraram um bit quântico (qubit) codificado em um único fóton com largura de banda muito estreita e comprimento de onda de 780 nm. Eles então converteram o fóton para o comprimento de onda de 1552 nm para demonstrar que essa rede poderia ser completamente compatível com a atual faixa da banda C das telecomunicações. Subseqüentemente, eles o enviaram através de uma fibra óptica de um laboratório para o outro. Uma vez no segundo laboratório, o comprimento de onda do fóton foi convertido para 606 nm a fim de interagir corretamente e transferir o estado quântico para o nó de cristal dopado receptor. Após a interação com o cristal, o qubit fotônico foi armazenado no cristal por aproximadamente 2,5 microssegundos e recuperado com alta fidelidade.

Os resultados do estudo mostram que dois sistemas quânticos muito diferentes podem ser conectados e se comunicar por meio de um único fóton. O professor ICREA da ICFO Hugues de Riedmatten diz:"Ser capaz de conectar nós quânticos com funcionalidades e capacidades muito diferentes e transmitir bits quânticos por meio de fótons únicos entre eles representa um marco importante no desenvolvimento de redes quânticas híbridas." A capacidade de realizar a conversão de ida e volta de qubits fotônicos no comprimento de onda da banda C de telecomunicações mostra que esses sistemas seriam totalmente compatíveis com as redes de telecomunicações atuais.

Vantagens do Quantum vs. Redes de Informação Clássicas

A World Wide Web foi desenvolvida na década de 1980, com informações fluindo pela rede por meio de bits processados ​​e modulados por circuitos eletrônicos e chips e transmitidos por pulsos de luz que movimentam informações pela rede com perdas mínimas de sinal por meio de fibras ópticas.

Em vez de usar os bits clássicos, as redes de informações quânticas processariam e armazenariam informações quânticas por meio de bits quânticos ou "qubits". Embora os bits possam ser zeros ou uns, os qubits existem em uma superposição desses dois estados. Em uma rede quântica, eles são gerados e processados ​​por sistemas de matéria quântica, por exemplo. gases atômicos frios, sólidos dopados ou outros sistemas. Ao contrário das redes clássicas, as informações quânticas são transferidas entre os nós usando fótons únicos em vez de fortes pulsos de luz.

As redes de informação quântica (consistindo em nós quânticos de matéria e canais de comunicação quântica) irão abrir um novo caminho de tecnologias disruptivas, possibilitando, por exemplo, transmissão de dados perfeitamente segura, processamento de dados aprimorado por meio de computação quântica distribuída ou aplicativos avançados de sincronização de relógio, entre outros.