p Bons vizinhos costumam compartilhar recursos:uma xícara de açúcar, cadeiras extras de gramado, um conjunto de cabos jumper. Pesquisadores de todo o campus da Universidade do Arizona logo poderão compartilhar um recurso menos comum - e muito mais valioso - para ajudá-los a continuar suas pesquisas:fótons emaranhados, ou pares interligados de partículas de luz. p Com aproximadamente US $ 1,4 milhão em financiamento - US $ 999, 999 da National Science Foundation e cerca de US $ 400, 000 da UA - o professor Zheshen Zhang está liderando a construção do instrumento Interdisciplinar de Pesquisa e Engenharia de Informação Quântica, conhecido como Inquire, na UA. O Inquire é o primeiro instrumento compartilhado de pesquisa e treinamento do mundo para ajudar pesquisadores em diversos campos - incluindo aqueles sem experiência em ciência da informação quântica - a se beneficiarem de recursos quânticos.

p Zhang é professor assistente de ciência dos materiais e engenharia e ciências ópticas, e o líder do Grupo de Materiais e Informações Quânticas da UA. Os co-investigadores do projeto Inquire incluem Ivan Djordjevic, professor de engenharia elétrica e da computação e ciências ópticas; Jennifer Barton, diretor do Instituto BIO5 e professor de engenharia biomédica, engenharia de biossistemas, engenharia elétrica e informática, e ciências ópticas; Nasser Peyghambarian, professor de ciências ópticas; e Marek Romanowski, professor associado de engenharia biomédica, e ciência e engenharia de materiais.

p Uma rede de cabos de fibra óptica conectará um hub de informações quânticas automatizado no porão do prédio de Engenharia Elétrica e de Computação a quatro outros prédios no campus:Laboratórios de Pesquisa de Biociências, Minas e Metalurgia, Física e Ciências Atmosféricas, e Meinel Optical Sciences.

p “Uma das alegrias da UA é colaborar com os principais acadêmicos que trabalham em áreas de vanguarda, "Barton disse." Parece ficção científica, mas Zheshen está construindo uma instalação que irá criar fótons emaranhados quânticos, em seguida, entregue-os via fibra óptica na metade do campus, direto para o recurso de bioimagem translacional no prédio dos laboratórios de pesquisa de biociências. "

p "Este é um projeto empolgante que representa perfeitamente alguns dos principais temas subjacentes ao nosso plano estratégico, "disse o presidente da UA, Robert C. Robbins." Para ser um líder na Quarta Revolução Industrial, devemos aproveitar a colaboração, Fique à frente da curva de tecnologia e forneça um ambiente de alta potência, onde os pesquisadores têm as ferramentas de que precisam para resolver os grandes desafios do mundo. Estou ansioso para ver as novas oportunidades que esta instalação trará assim que for concluída. "

p A construção do projeto já começou. A previsão de conclusão é setembro de 2021.

p Vendo fótons individuais

p Assim como um átomo é a menor unidade de matéria, um fóton é a menor unidade de luz. Então, enquanto podemos ver a luz de dezenas de bilhões de fótons em uma sala iluminada por uma lâmpada ou um pátio iluminado pelo sol, o olho humano - e a maioria dos microscópios - não pode ver fótons individuais. Mas às vezes essas informações muito pequenas para serem visualizadas podem ser importantes. Por exemplo, um laboratório de engenharia biomédica pode estar fazendo um estudo de imagem em uma proteína ou molécula orgânica que está emitindo um sinal fraco demais para as câmeras tradicionais verem.

p "Você pode enviar seus fótons para a instalação central, que é equipado com uma série de câmeras ultrassensíveis que podem ver as coisas no nível de um único fóton, "Zhang disse.

p Tradicionalmente, pesquisadores usaram lasers de alta potência para iluminar essas amostras biológicas, que às vezes foram danificados no processo. O uso de fótons emaranhados como fonte de iluminação fornece maior sensibilidade, menos poder de iluminação, e a mesma - ou até superior - resolução.

p "Dois fótons emaranhados podem valer um milhão de seus irmãos clássicos, potencialmente permitindo-nos uma imagem mais profunda sem danificar o tecido, "Barton disse.

p Sondagem de alta precisão

p Esses cabos de fibra óptica são uma via de mão dupla. Os pesquisadores podem enviar seus fótons para o hub central para serem fotografados por microscópios de alta tecnologia, mas o centro também pode compartilhar fótons emaranhados com laboratórios em todo o campus.

p Os fótons emaranhados são pares interligados. Mesmo quando estão separados por grandes distâncias, tudo o que acontece com um fóton em um par emaranhado também será transferido para o outro.

p Essa relação tem vários usos. Por exemplo, os pesquisadores podem usar fótons como sondas para ajudar a determinar a natureza de materiais não identificados. As mudanças que um material introduz em um fóton, como uma mudança na cor, fornecem pistas sobre a identidade do material. Quando um fóton emaranhado em um par é usado como uma sonda, o material introduz mudanças em ambos os fótons do par emaranhado.

p "Agora você pode realizar uma medição em ambos os fótons para aprender sobre a amostra que está sendo sondada, "Zhang disse." Você pode ter o dobro de informações sobre a maneira como o material está afetando o fóton. "

p Comunicações Seguras

p Os fótons emaranhados também podem ser usados ​​na comunicação quântica, um método seguro de envio e recebimento de dados projetado para impedir a interceptação. Funciona assim:Antes que a Parte A compartilhe qualquer informação sensível com a Parte B, Parte A envia uma "chave quântica, "uma série de fótons emaranhados que serve como código para descriptografar transmissões futuras. As chaves quânticas são projetadas de forma que o próprio ato de descriptografar ou ler seu conteúdo mude seu conteúdo.

p Se a chave quântica chegar com alguma parte descriptografada, as partes que se comunicam sabem que não devem usar essa parte da chave para criptografar futuras transmissões, porque foi "lido" por hackers. As partes que se comunicam podem simplesmente cortar essa parte da chave e usar um novo, chave quântica mais curta que eles sabem que é segura.

p Parte A e Parte B no exemplo acima não precisam ser cientistas da informação quântica. Pesquisadores de todos os tipos de disciplinas podem se beneficiar das características exclusivas dos fótons emaranhados, e o objetivo do Inquire é permitir exatamente isso.

p "Esta é uma área-chave que a National Science Foundation identifica como uma de suas 10 grandes ideias e realmente quer avançar porque é muito interdisciplinar, "Disse Zhang." Envolve pesquisadores que ultrapassam as fronteiras da ciência, Engenharia, Ciência da Computação, física, química, matemática, óptica - em todos os lugares. A questão principal é 'Como todos podem falar a mesma língua, e como eles podem se beneficiar do progresso feito em outras áreas? '"