p As partículas às vezes podem agir como ondas, e os fótons (partículas de luz) não são exceção. Assim como as ondas criam um padrão de interferência, como ondulações em uma lagoa, o mesmo acontece com os fótons. Físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e seus colegas alcançaram um novo feito importante - criar uma interferência "quântica" bizarra entre dois fótons de cores marcadamente diferentes, provenientes de diferentes edifícios no campus da Universidade de Maryland. p O experimento é uma etapa importante para futuras comunicações quânticas e computação quântica, que poderia potencialmente fazer coisas que os computadores clássicos não podem, como quebrar códigos de criptografia poderosos e simular o comportamento de novas drogas complexas no corpo. A interferência entre dois fótons pode conectar processadores quânticos distantes, permitindo uma rede de computador quântica semelhante à Internet.

p Usar fótons que originalmente tinham cores diferentes (comprimentos de onda) é importante porque imita a maneira como um computador quântico operaria. Por exemplo, fótons de luz visível podem interagir com átomos presos, íons ou outros sistemas que servem como versões quânticas da memória do computador, enquanto os fótons de comprimento de onda mais longo (infravermelho próximo) são capazes de se propagar por longas distâncias por meio de fibras ópticas.

p Assim como os computadores clássicos precisavam de meios confiáveis ​​para transmitir, armazenar e processar elétrons antes de complexos, a computação em rede era possível, o resultado do NIST traz a troca de informações de computação quântica um passo importante mais perto da realidade.

p Em seu estudo, uma colaboração entre o NIST e o Laboratório de Pesquisa do Exército, físicos e engenheiros em edifícios adjacentes na Universidade de Maryland criaram duas fontes diferentes e separadas de fótons individuais. Em um prédio, um grupo de átomos de rubídio foi solicitado a emitir fótons únicos com um comprimento de onda de 780 nanômetros, na extremidade vermelha do espectro de luz visível. No outro prédio, 150 metros de distância, um íon de bário aprisionado foi induzido a emitir fótons com comprimento de onda de 493 nanômetros - quase 40 por cento mais curto - em direção à extremidade azul do espectro.

p Em seguida, os pesquisadores tiveram que fazer os fótons azuis parecerem mortos para os vermelhos. Para fazer isso, Alexander Craddock, Trey Porto e Steven Rolston do Joint Quantum Institute, uma parceria entre o NIST e a Universidade de Maryland, e seus colegas misturaram os fótons azuis com luz infravermelha em um cristal especial. O cristal usou a luz infravermelha para converter os fótons azuis em um comprimento de onda correspondente aos vermelhos no outro edifício, preservando suas propriedades originais. Só então a equipe enviou os fótons através de uma fibra óptica de 150 metros para encontrar os fótons vermelhos quase idênticos no outro prédio.

p Os fótons eram tão semelhantes que não foi possível distingui-los na configuração experimental. Os fótons individuais normalmente agem independentemente uns dos outros. Mas, devido à natureza quântica peculiar da luz, quando dois fótons indistinguíveis interferem um com o outro, seus caminhos podem se tornar correlacionados, ou dependentes um do outro. Essa correlação quântica pode ser usada como uma ferramenta poderosa para computação.

p Com certeza, os pesquisadores observaram essa correlação quando pares de fótons produzidos separadamente se cruzaram. Os pares de fótons passaram por um componente óptico conhecido como divisor de feixe, que poderia enviá-los em um de dois caminhos. Agindo sozinho, cada fóton faria seu próprio trabalho e teria uma chance de 50-50 de passar por qualquer um dos caminhos. Mas os dois fótons indistinguíveis se sobrepuseram como ondas. Por causa de sua bizarra interferência quântica, eles ficaram juntos e sempre seguiram o mesmo caminho. Juntando esses fótons antes independentes no quadril, este efeito de interferência pode potencialmente executar muitas tarefas úteis no processamento de informações quânticas.

p Os pesquisadores relataram suas descobertas online em uma edição recente da Cartas de revisão física .

p Uma conexão direta com a computação quântica viria se o padrão de interferência fosse vinculado a outra propriedade bizarra da mecânica quântica conhecida como emaranhamento. Este fenômeno ocorre quando dois ou mais fótons ou outras partículas são preparados de tal forma que uma medição de uma propriedade particular, por exemplo, momentum - de um determina automaticamente a mesma propriedade do outro, mesmo se as partículas estiverem distantes. O emaranhamento está no cerne de muitos esquemas de informação quântica, incluindo computação quântica e criptografia.

p No experimento da equipe, os dois fótons não estavam emaranhados com os sistemas que os geraram. Mas em estudos futuros, disse o Porto, deve ser relativamente fácil emaranhar os fótons vermelhos com o grupo de átomos de rubídio que os produziu. De forma similar, os fótons azuis podem estar emaranhados com o íon aprisionado que os produziu. Quando os dois fótons interferem, essa conexão transferiria o emaranhamento entre os átomos de fóton-rubídio vermelho e o íon-fóton azul para se tornar um emaranhamento entre os átomos de rubídio e o íon aprisionado.

p É essa transferência de emaranhamento - essa transferência de informações - que fundamenta o poder potencialmente vasto dos computadores quânticos, Porto anotou.