Emaranhamento, uma forma poderosa de correlação entre sistemas quânticos, é um recurso importante para a computação quântica. Pesquisadores do grupo Quantum Optomechanics do Niels Bohr Institute, Universidade de Copenhague, recentemente emaranhou dois feixes de laser refletindo-os no mesmo ressonador mecânico, uma membrana tensionada. Isso fornece uma nova maneira de emaranhar campos eletromagnéticos díspares, da radiação de microondas aos feixes ópticos. Em particular, a criação de emaranhamento entre os campos ópticos e de micro-ondas seria um passo fundamental para resolver o desafio de longa data de compartilhar o emaranhamento entre dois computadores quânticos distantes operando no regime de micro-ondas. O resultado agora está publicado em Nature Communications .

Em uma futura internet quântica, essa é a internet dos computadores quânticos, o emaranhamento precisa ser compartilhado entre dois computadores quânticos distantes. Isso normalmente é feito com links eletromagnéticos como fibras ópticas. Atualmente, um dos sistemas quânticos mais avançados é baseado em circuitos supercondutores, que funcionam no regime de microondas. Por mais avançado que seja, conectar esses computadores em redes ainda representa um grande desafio:as microondas não podem se propagar para longe sem perdas, o que é prejudicial às tarefas de computação quântica. Uma maneira de aliviar este problema é primeiro emaranhar microondas com campos ópticos, em seguida, use links ópticos, com perda muito menor, para comunicação de longa distância. Contudo, devido à grande diferença nos comprimentos de onda (milímetros para microondas e micrômetros para luz), esta conversão continua sendo um desafio.

Objetos vibram quando bombardeados por partículas de luz

Quando um campo eletromagnético, ou seja, um feixe de laser, é refletido em um objeto vibrante, pode ler a vibração. Este é um efeito amplamente utilizado em detecção óptica. Por outro lado, um campo eletromagnético é composto de fótons, balas de luz de energia. Conforme a luz é refletida no objeto, os fótons o bombardeiam, levando a vibração adicional. Essa vibração adicional é chamada de retrocesso quântica. A reflexão de dois campos eletromagnéticos sobre o mesmo objeto mecânico fornece uma interação eficaz entre os campos. Essa interação ocorre independentemente do comprimento de onda dos dois campos. Então, esta interação pode ser explorada para criar emaranhamento entre os dois campos, independentemente de seus comprimentos de onda, por exemplo. entre microondas e óptica. Embora a retracção quântica possa ser proeminente para objetos tão pequenos como um átomo, apenas nos últimos anos, os pesquisadores conseguiram fazer dispositivos mecânicos macroscópicos que são muito sensíveis para observar esse efeito.

Dispositivo mecânico ultrassensível medeia emaranhamento

Em seu trabalho agora relatado, pesquisadores do grupo Quantum Optomechanics usam uma membrana fina, 3x3 mm de largura, feito de nitreto de silício e perfurado com um padrão de orifícios que isola o movimento da almofada central. Isso torna o dispositivo sensível o suficiente para mostrar retrocesso quântico. Eles lançam dois lasers na membrana simultaneamente, onde um laser vê a retrocesso quântica do outro, e vice versa. Desta maneira, correlações fortes, e, de fato, emaranhamento, é gerado entre dois lasers. "Você poderia dizer que os dois lasers 'falam' através do movimento da membrana, "diz Junxin Chen, que trabalhou no projeto durante seu doutorado, e é um dos principais autores do artigo científico.

"O oscilador de membrana funciona como um meio de interação, porque os lasers não se comunicam diretamente - os fótons não interagem entre si, apenas através do oscilador. "Junxin Chen diz ainda, "a interação entre os fótons e a membrana é independente do comprimento de onda, permitindo, em princípio, o emaranhamento óptico de micro-ondas. "Mais trabalho experimental será necessário para fazer isso - em particular a operação da membrana a uma temperatura próxima do zero absoluto, em que os computadores quânticos supercondutores funcionam hoje. Experimentos nesse sentido estão em andamento no Instituto Niels Bohr.