Físicos da Universidade Saarland em Saarbrücken, Alemanha, conseguiram emaranhar um único átomo com um único fóton na faixa de comprimento de onda das telecomunicações. Isso constitui um bloco de construção básico para a transmissão de informações quânticas por longas distâncias com baixa perda. Os resultados aumentaram o interesse na comunidade de tecnologia quântica e agora são publicados em Nature Communications .
A comunicação usando estados quânticos oferece segurança máxima, porque as tentativas de espionagem perturbam o sinal e, portanto, não permanecem sem serem detectadas. Pela mesma razão, no entanto, a transmissão de longa distância dessas informações é difícil. Na telecomunicação clássica, a atenuação crescente do sinal é contrabalançada pela medição, amplificando e reenviando nas chamadas estações repetidoras, mas isso acaba sendo tão prejudicial para a informação quântica quanto um bisbilhoteiro.
Portanto, um princípio diferente deve ser usado:o repetidor quântico. Aqui, o emaranhamento quântico é estabelecido primeiro em distâncias curtas e, em seguida, propagado para separações mais longas. O emaranhamento quântico entre duas partículas significa que seu estado comum é precisamente definido, embora quando se mede os estados individuais das partículas, os resultados são aleatórios e imprevisíveis. Uma realização possível é emaranhar um único átomo com um fóton que ele emite. É o que acontece nos laboratórios do Prof. Jürgen Eschner, empregando átomos de cálcio únicos em uma armadilha de íons que são controlados por pulsos de laser (www.uni-saarland.de/en/lehrstuhl/eschner.html). Para o comprimento de onda de 854 nanômetros, onde o emaranhamento átomo-fóton é criado, Contudo, não existem fibras ópticas de baixa perda para transmissão de longa distância; em vez de, gostaria de transmitir os fótons em uma das chamadas bandas de telecomunicações (1300-1560 nanômetros). A tecnologia para converter os fótons neste regime, o conversor de frequência quântica, foi desenvolvido pelo Prof. Christoph Becher e seu grupo de pesquisa (www.uni-saarland.de/fak7/becher/index.htm).
Juntos, os dois grupos demonstraram agora que, após a conversão de frequência quântica, o fóton de telecom ainda está emaranhado com o átomo que emitiu o fóton original, e que a alta qualidade do emaranhamento seja mantida. Um dos aspectos fascinantes do trabalho é que o estado quântico emaranhado das duas partículas microscópicas (um único átomo e um único fóton de telecom) se estende por vários andares do prédio de física da universidade. "Isso abre caminho para o emaranhamento em mais de 20 quilômetros", comentários Matthias Bock, Ph.D. estudante em tecnologias quânticas e primeiro autor do estudo. Os resultados são um passo importante para a integração das tecnologias quânticas às telecomunicações convencionais; por suas pesquisas com esse objetivo, os dois grupos da Universidade Saarland são financiados pelo Ministério Alemão de Educação e Pesquisa, BMBF.
Explicação do emaranhamento quântico:
O estado de um bit quântico individual (um átomo com dois estados de energia de seu elétron, ou um fóton com duas direções de sua polarização) pode ser visualizado como um ponto na superfície de uma esfera. A medição desse estado fornece um resultado imprevisível em qualquer lugar da superfície. O outro qubit que está emaranhado com o primeiro irá, Contudo, sempre ser encontrado no ponto oposto da esfera. Essa correlação também pode existir em grandes distâncias. Einstein chamou esse fenômeno de "ação fantasmagórica à distância"; pertence às peculiaridades não intuitivas da mecânica quântica, mas foi confirmado em muitos experimentos.
