O domínio experimental de sistemas quânticos complexos é necessário para tecnologias futuras, como computadores quânticos e criptografia quântica. Cientistas da Universidade de Viena e da Academia Austríaca de Ciências desbravaram novos caminhos. Eles buscaram usar sistemas quânticos mais complexos do que qubits emaranhados bidimensionalmente e, assim, podem aumentar a capacidade de informação com o mesmo número de partículas. Os métodos e tecnologias desenvolvidos podem no futuro permitir o teletransporte de sistemas quânticos complexos. Os resultados de seu trabalho, "Emaranhamento experimental Greenberger-Horne-Zeilinger além dos qubits, "é publicado recentemente na renomada revista Nature Photonics .

Semelhante a bits em computadores convencionais, qubits são a menor unidade de informação em sistemas quânticos. Grandes empresas como Google e IBM estão competindo com institutos de pesquisa em todo o mundo para produzir um número crescente de qubits emaranhados e desenvolver um computador quântico funcional. Mas um grupo de pesquisa da Universidade de Viena e da Academia Austríaca de Ciências está buscando um novo caminho para aumentar a capacidade de informação de sistemas quânticos complexos.

A ideia por trás disso é simples:em vez de apenas aumentar o número de partículas envolvidas, a complexidade de cada sistema é aumentada. "O que é especial sobre nosso experimento é que, pela primeira vez, ele emaranha três fótons além da natureza bidimensional convencional, "explica Manuel Erhard, primeiro autor do estudo. Para este propósito, os físicos vienenses usaram sistemas quânticos com mais de dois estados possíveis - neste caso particular, o momento angular de partículas individuais de luz. Esses fótons individuais agora têm uma capacidade de informação maior do que os qubits. Contudo, o emaranhamento dessas partículas de luz revelou-se difícil em um nível conceitual. Os pesquisadores superaram esse desafio com uma ideia inovadora:um algoritmo de computador que busca autonomamente uma implementação experimental.

Com a ajuda de um algoritmo de computador chamado Melvin, os pesquisadores encontraram uma configuração experimental para produzir esse tipo de emaranhamento. Inicialmente, isso era muito complexo, mas funcionou em princípio. Após algumas simplificações, os físicos ainda enfrentavam grandes desafios tecnológicos. A equipe foi capaz de resolver esses problemas com tecnologia laser de última geração e uma multiporta especialmente desenvolvida. "Esta multiporta é o coração de nosso experimento, e combina os três fótons para que fiquem emaranhados em três dimensões, "explica Manuel Erhard.

A propriedade peculiar do emaranhamento de três fótons em três dimensões permite a investigação experimental de novas questões fundamentais sobre o comportamento de sistemas quânticos. Além disso, os resultados deste trabalho também podem ter um impacto significativo nas tecnologias futuras, como teletransporte quântico. "Acho que os métodos e tecnologias que desenvolvemos nesta publicação nos permitem teletransportar uma proporção maior da informação quântica total de um único fóton, o que pode ser importante para redes de comunicação quântica, "Anton Zeilinger diz.