Cientistas austríacos e chineses conseguiram teletransportar estados quânticos tridimensionais pela primeira vez. O teletransporte de alta dimensão pode desempenhar um papel importante nos futuros computadores quânticos.

Pesquisadores da Academia Austríaca de Ciências e da Universidade de Viena demonstraram experimentalmente o que antes era apenas uma possibilidade teórica. Junto com físicos quânticos da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, eles conseguiram teletransportar estados quânticos complexos de alta dimensão. As equipes de pesquisa relatam isso internacional pela primeira vez na revista. Cartas de revisão física .

Em seu estudo, os pesquisadores teletransportaram o estado quântico de um fóton (partícula de luz) para outro distante. Anteriormente, apenas estados de dois níveis ("qubits") foram transmitidos, ou seja, informações com valores "0" ou "1". Contudo, os cientistas conseguiram teletransportar um estado de três níveis, um chamado "qutrit". Na física quântica, ao contrário da ciência da computação clássica, "0" e "1" não são um 'ou / ou' - ambos simultaneamente, ou qualquer coisa entre, também é possível. A equipe austro-chinesa já demonstrou isso na prática com uma terceira possibilidade "2".

Novo método experimental

É sabido desde a década de 1990 que o teletransporte quântico multidimensional é teoricamente possível. No entanto:"Primeiro, tivemos que projetar um método experimental para implementar o teletransporte de alta dimensão, bem como desenvolver a tecnologia necessária ", diz Manuel Erhard, do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica de Viena da Academia Austríaca de Ciências.

O estado quântico a ser teletransportado é codificado nos possíveis caminhos que um fóton pode seguir. Pode-se imaginar esses caminhos como três fibras ópticas. Mais curiosamente, na física quântica, um único fóton também pode estar localizado em todas as três fibras ópticas ao mesmo tempo. Para teletransportar este estado quântico tridimensional, os pesquisadores usaram um novo método experimental. O núcleo do teletransporte quântico é a chamada medição de Bell. É baseado em um divisor de feixe multiporta, que direciona fótons através de várias entradas e saídas e conecta todas as fibras ópticas. Além disso, os cientistas usaram fótons auxiliares - eles também são enviados para o divisor de feixe múltiplo e podem interferir com os outros fótons.

Por meio da seleção inteligente de certos padrões de interferência, a informação quântica pode ser transferida para outro fóton longe do fóton de entrada, sem os dois interagindo fisicamente. O conceito experimental não se limita a três dimensões, mas pode, em princípio, ser estendido a qualquer número de dimensões, como Erhard enfatiza.

Maior capacidade de informação para computadores quânticos

Com isso, a equipe de pesquisa internacional também deu um passo importante em direção a aplicações práticas, como uma futura internet quântica, uma vez que sistemas quânticos de alta dimensão podem transportar maiores quantidades de informação do que qubits. "Este resultado pode ajudar a conectar computadores quânticos com capacidades de informação além dos qubits", diz Anton Zeilinger, físico quântico da Academia Austríaca de Ciências e da Universidade de Viena, sobre o potencial inovador do novo método.

Os pesquisadores chineses participantes também veem grandes oportunidades no teletransporte quântico multidimensional. "Os fundamentos para os sistemas de rede quântica de próxima geração são construídos em nossa pesquisa fundamental hoje", disse Jian-Wei Pan, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China. Pan recentemente deu uma palestra em Viena a convite da Universidade de Viena e da Academia.

Em trabalho futuro, os físicos quânticos se concentrarão em como estender o conhecimento recém-adquirido para permitir o teletransporte de todo o estado quântico de um único fóton ou átomo.