Pesquisadores da Universidade Nacional de Yokohama teletransportaram informações quânticas com segurança dentro dos limites de um diamante. O estudo tem grandes implicações para a tecnologia da informação quântica - o futuro do compartilhamento e do armazenamento de informações confidenciais. Os pesquisadores publicaram seus resultados em 28 de junho, 2019, no Física das Comunicações .

"O teletransporte quântico permite a transferência de informações quânticas para um espaço de outra forma inacessível, "disse Hideo Kosaka, professor de engenharia da Universidade Nacional de Yokohama e autor do estudo. "Ele também permite a transferência de informações para uma memória quântica sem revelar ou destruir as informações quânticas armazenadas."

O espaço inacessível, nesse caso, consistia em átomos de carbono no diamante. Feito de vinculado, ainda contido individualmente, átomos de carbono, um diamante possui as condições perfeitas para o teletransporte quântico.

Um átomo de carbono contém seis prótons e seis nêutrons em seu núcleo, rodeado por seis elétrons girando. À medida que os átomos se unem em um diamante, eles formam uma rede notavelmente forte. Contudo, diamantes podem ter defeitos complexos, como quando um átomo de nitrogênio existe em uma das duas vagas adjacentes onde os átomos de carbono deveriam estar. Esse defeito é chamado de centro de vacância de nitrogênio.

Cercado por átomos de carbono, a estrutura do núcleo do átomo de nitrogênio cria o que Kosaka chama de nanoímã.

Para manipular um elétron e um isótopo de carbono na vacância, Kosaka e a equipe conectaram um fio com cerca de um quarto da largura de um cabelo humano à superfície de um diamante. Eles aplicaram um microondas e uma onda de rádio ao fio para construir um campo magnético oscilante em torno do diamante. Eles moldaram o micro-ondas para criar o melhor, condições controladas para a transferência de informações quânticas dentro do diamante.

Kosaka então usou o nanoímã de nitrogênio para ancorar um elétron. Usando o microondas e as ondas de rádio, Kosaka forçou o spin do elétron a se enredar com o spin nuclear do carbono - o momento angular do elétron e o núcleo de um átomo de carbono. O spin do elétron se quebra sob um campo magnético criado pelo nanoímã, tornando-o suscetível ao emaranhamento. Uma vez que as duas peças estão emaranhadas, o que significa que suas características físicas estão tão interligadas que não podem ser descritas individualmente, um fóton que contém informações quânticas é introduzido, e o elétron absorve o fóton. A absorção permite que o estado de polarização do fóton seja transferido para o carbono, que é mediado pelo elétron emaranhado, demonstrando um teletransporte de informações no nível quântico.

"O sucesso do armazenamento de fótons no outro nó estabelece o emaranhamento entre dois nós adjacentes, "Kosaka disse. Chamados de repetidores quânticos, o processo pode levar pedaços individuais de informação de nó a nó, através do campo quântico.

"Nosso objetivo final é realizar repetidores quânticos escaláveis ​​para comunicações quânticas de longa distância e computadores quânticos distribuídos para computação quântica e metrologia em grande escala, "Kosaka disse.