A geração eficiente de emaranhamento entre nós quânticos remotos é uma etapa crucial na proteção das comunicações quânticas. Em pesquisas anteriores, o emaranhamento foi freqüentemente alcançado usando uma série de esquemas probabilísticos diferentes.

Recentemente, alguns estudos também ofereceram demonstrações de emaranhamento remoto determinístico usando abordagens baseadas em qubits supercondutores. Apesar disso, a violação determinística da desigualdade de Bell (uma forte medida de correlação quântica) em uma arquitetura de comunicação quântica supercondutora nunca foi demonstrada até agora.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Chicago demonstrou recentemente uma violação da desigualdade de Bell usando qubits supercondutores conectados remotamente. Seu papel, publicado em Física da Natureza , apresenta uma arquitetura simples, mas robusta, para atingir esse resultado de referência em um sistema supercondutor.

"Há muito interesse e atividade no desenvolvimento de sistemas experimentais onde a mecânica quântica pode ser usada para processamento de informações (por exemplo, comunicação, computação, etc.) e detecção, "Andrew Cleland, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "O coração de um sistema de informação quântica é um qubit, e a exclusividade vem dos estados quânticos que você pode armazenar nele, bem como os estados quânticos mais complexos que você pode armazenar usando vários qubits. Estávamos interessados ​​em explorar a transmissão de informações quânticas e estados quânticos - os fundamentos da comunicação quântica. "

Estados quânticos, bem como as informações armazenadas neles, são incrivelmente delicados, muito mais do que estados clássicos e informações armazenadas classicamente. Embora teoricamente, existem maneiras de corrigir erros em um estado quântico, normalmente, pode-se corrigir apenas pequenos erros; portanto, a comunicação de um estado quântico precisa ser feita com uma precisão muito alta. A transmissão de alta fidelidade de um estado quântico foi alcançada até agora usando um número limitado de métodos.

"Queríamos ver se poderíamos usar alguns dos melhores qubits disponíveis, qubits supercondutores, e as melhores ferramentas para acoplar qubits supercondutores a linhas de comunicação (transmissão), para mostrar que poderíamos transmitir estados quânticos com precisão muito alta (ou seja, fidelidade), "Cleland disse.

Na física quântica, o 'padrão ouro' para testar uma certa classe de estados quânticos é a desigualdade de Bell. Essencialmente, um conjunto específico de medições de uma propriedade de um estado quântico (geralmente escrito como "S") pode exceder um valor classicamente limitado de dois apenas se o estado quântico for preparado, comunicado e medido com altos níveis de precisão.

"Erros cometidos na preparação, transmitir ou medir o estado quântico tenderá a tornar o estado mais clássico, e torna mais difícil ultrapassar o limite clássico de dois, "Cleland explicou." Exceder esse limite é considerado uma violação da desigualdade de Bell, e é uma prova de 'quantum-ness'. Esta foi a medida que nos propusemos alcançar, medindo S para um estado quântico usando uma geração muito precisa, transmissão, e captura de informação quântica entre dois qubits. Felizmente, fomos capazes de fazer isso. "

Em seu experimento, Cleland e seus colegas usaram dois qubits supercondutores conectados um ao outro por meio de uma linha de transmissão de aproximadamente 1 metro de comprimento. A informação quântica foi transmitida ao longo desta linha usando microondas (semelhante aos sinais de rádio), com uma frequência semelhante à que os telefones celulares usam para se comunicar.

"Muito importante, também tínhamos 'acopladores' controlados eletricamente entre cada qubit e a linha, "Cleland disse." Esses acopladores são muito importantes, porque eles nos permitem controlar o acoplamento dos qubits à linha muito rapidamente, usando sinais elétricos clássicos. "

Esses acopladores controlados eletricamente são um componente-chave do experimento dos pesquisadores, pois eles permitiram que eles "moldassem" o acoplamento no tempo com muita precisão. Esses acopladores garantiam que as microondas que transportavam as informações quânticas fossem transmitidas entre os dois qubits precisamente da maneira correta. Em última análise, isso garantiu que as informações quânticas fossem enviadas e recebidas com o mínimo de erros.

"Nosso experimento mostra que informações quânticas muito precisas podem ser enviadas por um caminho de comunicação bastante longo, no nosso caso, quase um metro de comprimento, "Cleland explicou." O método que usamos funcionaria com qualquer linha de comprimento. Isso demonstra que os métodos teóricos que foram elaborados para esta transmissão quase sem erros estão corretos, e é uma grande promessa para futuros sistemas de comunicação quântica. "

O estudo realizado por Cleland e seus colegas apresentou um método simples, mas eficaz, para obter uma violação da desigualdade de Bell usando qubits supercondutores remotos. Contudo, como os qubits usados ​​em seu experimento se comunicam com microondas, seu método só funciona em temperaturas muito baixas. Para comunicar informações quânticas pelo ar, os pesquisadores precisariam desenvolver novas técnicas que podem alcançar resultados semelhantes usando infravermelho ou luz visível.

"Agora estamos planejando fazer versões mais complexas desse experimento, usando mais qubits e mais linhas de transmissão, para testar teorias mais avançadas para comunicação quântica e correção de erros quânticos, "Cleland disse." Também estamos desenvolvendo métodos para tentar fazer a mesma coisa com a luz infravermelha, para que os sinais possam ser enviados através de uma fibra óptica, ou através do espaço. "

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