Cientistas do Laboratório Nacional de Argonne e da Universidade de Chicago lançaram um novo ambiente de teste para experimentos de comunicação quântica de Argonne na semana passada.

O loop quântico consiste em um par de cabos de fibra ótica de 42 quilômetros conectados que circulam entre Argonne e a estrada de pedágio de Illinois perto do subúrbio de Bolingbrook e vice-versa. A 52 milhas no total, está entre os mais longos canais de comunicação quântica terrestre do país.

O loop servirá como um teste para pesquisadores interessados ​​em alavancar os princípios da física quântica para enviar informações que não podem ser hackeadas por longas distâncias. Os pesquisadores da Argonne e da UChicago planejam usar a bancada de testes para explorar a ciência subjacente aos sistemas de engenharia quântica e aproveitar as propriedades do emaranhamento quântico - um fenômeno que Albert Einstein caracterizou como "ação fantasmagórica à distância". O emaranhamento quântico liga duas (ou mais) partículas para que fiquem em um estado compartilhado - de modo que tudo o que acontece com uma afeta imediatamente a outra, não importa o quão longe eles tenham viajado separados.

"Inaugurar este loop quântico é um passo significativo para Chicago e a nação na construção de uma rede quântica em grande escala que pode permitir transmissões seguras de dados a longas distâncias, "disse o investigador principal David Awschalom, cientista sênior da Divisão de Ciência de Materiais em Argonne, o Liew Family Professor em Engenharia Molecular na Universidade de Chicago e diretor do Chicago Quantum Exchange. "O loop nos permitirá identificar e enfrentar os desafios da operação de uma rede quântica e pode ser dimensionado para testar e demonstrar a comunicação em distâncias ainda maiores para ajudar a estabelecer as bases para uma internet quântica."

Os cientistas da Argonne, Joe Heremans, Alan Dibos e Gary Wolfowicz, que trabalhou no projeto do loop quântico, demonstrou a operação do testbed gerando e transmitindo pulsos ópticos através de um e depois de ambos os loops de fibra. Eles testemunharam um atraso de 200 microssegundos para o tempo de trânsito do pulso de laser ao longo de um circuito de fibra, que é consistente com a velocidade da luz na fibra de vidro.

Eles também começaram a usar o loop para uma série de experimentos, incluindo a transmissão de sinais de fótons emitidos por conjuntos de íons. Esses íons podem ser usados ​​como uma memória quântica para a rede. Uma memória quântica funcional, que envolve o armazenamento e recuperação de estados quânticos, é um avanço tecnológico fundamental necessário para a comunicação quântica e uma internet quântica.

"Precisaremos de muitas dessas memórias quânticas espaçadas por cerca de 100 quilômetros para retransmitir o sinal quântico através de uma rede. O loop quântico nos permite testar e refinar essa tecnologia de memória quântica antes de implantá-la em grande escala, "disse Tian Zhong, cientista da Divisão de Nanociência e Tecnologia da Argonne e professor assistente de engenharia molecular da Universidade de Chicago.

"Pesquisas que levem à infraestrutura científica, como o loop quântico, garantirão que os Estados Unidos continuem sendo líderes mundiais neste ponto crucial, campo em rápida evolução, que abrirá novos caminhos importantes de investigação em áreas como transferência quântica de dados e comunicações seguras, "disse o subsecretário de Ciência do Departamento de Energia, Paul Dabbar." Esperamos continuar a aumentar o apoio e as realizações para esta e outras áreas da ciência da informação quântica. "

"Este loop quântico é uma capacidade significativa para as comunidades científicas da física quântica, comunicações e computação, "disse Paul Kearns, Diretor do Laboratório Nacional de Argonne. "Esses experimentos demonstram como os cientistas e engenheiros líderes mundiais de Argonne ajudam a garantir a liderança dos EUA na ciência da informação quântica essencial."

Além do loop quântico, Argonne planeja desenvolver uma rede de link quântico bidirecional com o Fermi National Accelerator Laboratory. Quando os dois projetos estão conectados, o link quântico, também apoiado pelo Departamento de Energia, deverá estar entre os links mais longos do mundo para enviar informações seguras usando a física quântica.