A comunicação quântica e a criptografia são o futuro da comunicação de alta segurança. Mas muitos desafios estão à frente antes que uma rede quântica mundial possa ser configurada, incluindo a propagação do sinal quântico em longas distâncias. Um dos maiores desafios é criar memórias com capacidade de armazenar informações quânticas transportadas pela luz. Pesquisadores da Universidade de Genebra (UNIGE), Suíça, em parceria com o CNRS, França, descobriram um novo material em que um elemento, itérbio, pode armazenar e proteger as informações quânticas frágeis, mesmo durante a operação em altas frequências. Isso torna o itérbio um candidato ideal para futuras redes quânticas, onde o objetivo é propagar o sinal por longas distâncias agindo como repetidores. Esses resultados são publicados na revista Materiais da Natureza .

A criptografia quântica hoje usa fibra óptica ao longo de várias centenas de quilômetros e é marcada por seu alto grau de segurança:é impossível copiar ou interceptar informações sem fazê-las desaparecer.

Contudo, o fato de ser impossível copiar o sinal também impede os cientistas de amplificá-lo para difundi-lo em longas distâncias, como é o caso da rede wi-fi.

Encontrando o material certo para produzir memórias quânticas

Uma vez que o sinal não pode ser copiado ou amplificado sem que desapareça, os cientistas estão trabalhando atualmente em como fazer memórias quânticas capazes de repeti-lo, capturando os fótons e sincronizando-os para que possam ser difundidos cada vez mais. Resta apenas encontrar o material certo para fazer essas memórias quânticas. "A dificuldade é encontrar um material capaz de isolar as informações quânticas transmitidas pelos fótons das perturbações ambientais para que possamos segurá-los por um segundo ou mais e sincronizá-los, "explica Mikael Afzelius, Pesquisadora do Departamento de Física Aplicada da Faculdade de Ciências da UNIGE. "Mas um fóton viaja por volta de 300, 000 km em um segundo! "Isso significava que os físicos e os químicos tiveram que desenterrar um material que está muito bem isolado de perturbações, mas ainda capaz de operar em altas frequências para que o fóton possa ser armazenado e restaurado rapidamente - duas características que costumam ser considerado incompatível.

Um "ponto de inflexão" para o "Santo Graal" das terras raras

Embora já existam protótipos de memória quântica testados em laboratório, incluindo aqueles baseados em terras raras, como európio ou praseodímio, sua velocidade ainda não é alta o suficiente. "Então, voltamos nosso interesse para uma terra rara da tabela periódica que tinha recebido pouca atenção até agora:itérbio, "explica Nicolas Gisin, professor do Departamento de Física Aplicada da Faculdade de Ciências da UNIGE e fundador do ID Quantique. "Nosso objetivo era encontrar o material ideal para fazer repetidores quânticos, que envolve isolar átomos de seu ambiente, que tende a perturbar o sinal, "acrescenta o professor Gisin. E esse parece ser o caso do itérbio!

Os físicos da UNIGE e do CNRS descobriram que, submetendo esta terra rara a campos magnéticos muito precisos, o átomo de terra rara entra em um estado de insensibilidade que o isola das perturbações em seu ambiente, tornando possível capturar o fóton para que ele possa ser sincronizado. "Encontramos um 'ponto mágico' variando a amplitude e a direção do campo magnético, "diga Alexey Tiranov, pesquisadora do Departamento de Física Aplicada da UNIGE, e Philippe Goldner, pesquisador do instituto de pesquisa Chimie Paris. "Quando este ponto for alcançado, os tempos de coerência dos átomos de itérbio são aumentados por um fator de 1, 000, enquanto trabalhava em altas frequências! "

Os benefícios do itérbio

Os físicos estão agora no processo de construção de memórias quânticas baseadas em itérbio que podem ser usadas para fazer rapidamente transições de um repetidor para outro, enquanto retêm o fóton pelo maior tempo possível para permitir a sincronização necessária. "Este material abre um novo campo de possibilidades para a criação de uma rede quântica global; ele também destaca a importância de prosseguir a pesquisa fundamental em paralelo com a pesquisa mais aplicada, como conceber uma memória quântica, "conclui Afzelius.