Prevê-se que o desenvolvimento de tecnologias capazes de processar informações com base nas leis da física quântica terá impactos profundos na sociedade moderna.

Por exemplo, computadores quânticos podem ser a chave para resolver problemas que são muito complexos para os supercomputadores mais poderosos de hoje, e uma internet quântica poderia, em última análise, proteger as informações do mundo de ataques maliciosos.

Contudo, todas essas tecnologias dependem de "informações quânticas, "que normalmente é codificado em partículas quânticas únicas que são extremamente difíceis de controlar e medir.

Cientistas da Universidade de Bristol, em colaboração com a Universidade Técnica da Dinamarca (DTU), desenvolveram com sucesso dispositivos em escala de chip que são capazes de aproveitar as aplicações da física quântica, gerando e manipulando partículas únicas de luz em circuitos programáveis ​​em nanoescala.

Esses chips são capazes de codificar informações quânticas na luz gerada dentro dos circuitos e podem processar a "informação quântica" com alta eficiência e baixíssimo ruído. Esta demonstração pode permitir um aumento significativo na capacidade de produzir circuitos quânticos mais complexos que são necessários na computação quântica e nas comunicações.

Trabalho deles, publicado no jornal Física da Natureza e disponível gratuitamente na forma de pré-impressão no servidor de pré-impressão arXiv, hospeda uma série de demonstrações quânticas.

Em um dos experimentos inovadores, pesquisadores da Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) da Universidade de Bristol demonstram o teletransporte quântico de informações entre dois chips programáveis ​​pela primeira vez, que eles observam ser a pedra angular das comunicações quânticas e da computação quântica.

O teletransporte quântico oferece transferência de estado quântico de uma partícula quântica de um lugar para outro, utilizando o emaranhamento. O teletransporte não é apenas útil para a comunicação quântica, mas é um bloco de construção fundamental da computação quântica óptica. Estabelecer um vínculo de comunicação entrelaçado entre dois chips no laboratório, entretanto, provou ser um grande desafio.

O coautor de Bristol, Dan Llewellyn, disse:"Fomos capazes de demonstrar uma ligação de emaranhamento de alta qualidade em dois chips no laboratório, onde os fótons em cada chip compartilham um único estado quântico.

“Cada chip foi então totalmente programado para realizar uma série de demonstrações que utilizam o emaranhamento.

"A demonstração principal foi um experimento de teletransporte de dois chips, por meio do qual o estado quântico individual de uma partícula é transmitido pelos dois chips após a realização de uma medição quântica. Esta medição utiliza o estranho comportamento da física quântica, que simultaneamente colapsa o elo de emaranhamento e transfere o estado da partícula para outra partícula que já está no chip receptor. "

Outro co-autor, Dr. Imad Faruque, também de Bristol, acrescentou:"Com base em nosso resultado anterior de fontes de fóton único de alta qualidade no chip, construímos um circuito ainda mais complexo contendo quatro fontes.

"Todas essas fontes são testadas e são quase idênticas, emitindo fótons quase idênticos, que é um critério essencial para o conjunto de experimentos que realizamos, como a troca de emaranhamento. "

Os resultados mostraram teletransporte quântico de alta fidelidade de 91 por cento. Além disso, os pesquisadores foram capazes de demonstrar algumas outras funcionalidades importantes de seus projetos, como a troca de emaranhamento (necessária para repetidores quânticos e redes quânticas) e estados GHZ de quatro fótons (exigidos na computação quântica e na internet quântica).

De acordo com o co-autor Dr. Yunhong Ding, da DTU, perda baixa, alta estabilidade, e excelente controlabilidade são extremamente importantes para fotônica quântica integrada. Ele disse:"Este experimento foi possível devido à tecnologia de última geração de fotônica de silício de baixa perda baseada na fabricação de alta qualidade no DTU."

Autor principal, Dr. Jianwei Wang, agora na Universidade de Pequim, disse:"No futuro, a integração de um único chip de Si de dispositivos fotônicos quânticos e controles eletrônicos clássicos abrirá a porta para comunicações quânticas compatíveis com CMOS totalmente baseadas em chips e redes de processamento de informações. "