A internet quântica promete comunicação absolutamente à prova de tap e poderosas redes de sensores distribuídos para novas ciências e tecnologias. Contudo, porque a informação quântica não pode ser copiada, não é possível enviar essas informações por uma rede clássica. A informação quântica deve ser transmitida por partículas quânticas, e interfaces especiais são necessárias para isso. Ben Lanyon, físico experimental baseado em Innsbruck, que recebeu o Prêmio austríaco START em 2015 por sua pesquisa, está investigando essas importantes interseções de uma futura Internet quântica.

Agora, sua equipe no Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbruck e no Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Academia Austríaca de Ciências alcançou um recorde de transferência de emaranhamento quântico entre matéria e luz. Pela primeira vez, uma distância de 50 quilômetros foi percorrida com cabos de fibra ótica. "Isso é duas ordens de magnitude a mais do que era possível anteriormente e é uma distância prática para começar a construir redes quânticas entre cidades, "diz Ben Lanyon.

Fóton convertido para transmissão

A equipe de Lanyon iniciou o experimento com um átomo de cálcio preso em uma armadilha de íons. Usando feixes de laser, os pesquisadores escrevem um estado quântico no íon e simultaneamente o excitam para emitir um fóton no qual a informação quântica é armazenada. Como resultado, os estados quânticos do átomo e da partícula de luz estão emaranhados. Mas o desafio é transmitir o fóton por cabos de fibra ótica. “O fóton emitido pelo íon cálcio tem comprimento de onda de 854 nanômetros e é rapidamente absorvido pela fibra óptica, "diz Ben Lanyon. Sua equipe, portanto, inicialmente envia a partícula de luz através de um cristal não linear iluminado por um laser forte. Assim, o comprimento de onda do fóton é convertido para o valor ideal para viagens de longa distância:o comprimento de onda padrão de telecomunicações atual de 1550 nanômetros. Os pesquisadores de Innsbruck, em seguida, envie esse fóton através de uma linha de fibra óptica de 50 quilômetros. Suas medições mostram que o átomo e a partícula de luz ainda estão emaranhados, mesmo após a conversão do comprimento de onda e esta longa jornada.

Distâncias ainda maiores à vista

Como uma próxima etapa, Lanyon e sua equipe mostram que seus métodos permitiriam que o emaranhamento fosse gerado entre íons a 100 quilômetros de distância e mais. Dois nós enviam cada um um fóton emaranhado ao longo de uma distância de 50 quilômetros para uma interseção onde as partículas de luz são medidas de tal forma que perdem seu emaranhamento com os íons, o que, por sua vez, os enredaria. Com espaçamento de nó de 100 quilômetros agora uma possibilidade, pode-se, portanto, imaginar a construção da primeira rede quântica de matéria leve intermunicipal do mundo nos próximos anos:apenas um punhado de sistemas iônicos aprisionados seriam necessários para estabelecer uma internet quântica entre Innsbruck e Viena, por exemplo.

A equipe de Lanyon faz parte da Quantum Internet Alliance, um projeto internacional no âmbito do Quantum Flagship da União Europeia. Os resultados atuais foram publicados na revista Nature Informação Quântica .