Comunicação quântica - onde as informações são enviadas por meio de partículas, fótons normalmente emaranhados - tem o potencial de se tornar o canal de comunicação seguro final. Não só é quase impossível espionar a comunicação quântica, aqueles que tentarem também deixarão evidências de suas indiscrições.

Contudo, enviar informações quânticas por meio de fótons através de canais tradicionais, como linhas de fibra óptica, é difícil:os fótons que carregam as informações são frequentemente corrompidos ou perdidos, tornando os sinais fracos ou incoerentes. Muitas vezes, uma mensagem deve ser enviada várias vezes para garantir que foi enviada.

Em um novo jornal, cientistas da Pritzker School of Molecular Engineering (PME) da University of Chicago demonstraram uma nova técnica de comunicação quântica que ignora totalmente esses canais. Ao ligar dois nós de comunicação a um canal, eles mostram que esta nova técnica pode enviar informações de forma mecânica quântica entre os nós - sem nunca ocupar o canal de ligação.

A pesquisa, liderado pelo Prof. Andrew Cleland e publicado em 17 de junho na revista Cartas de revisão física , tira proveito do fenômeno quântico assustador de emaranhamento entre os dois nós e mostra uma nova direção potencial para o futuro da comunicação quântica.

A pesquisa junta-se a um segundo artigo publicado recentemente, onde o grupo de Cleland emaranhou dois fônons - as partículas quânticas do som - pela primeira vez, abrindo a porta para novas tecnologias potenciais.

"Ambos os artigos representam uma nova maneira de abordar a tecnologia quântica, "disse Cleland, o John A. MacLean Professor Sênior de Engenharia Molecular na Pritzker Engenharia Molecular e um cientista sênior no Laboratório Nacional de Argonne. "Estamos entusiasmados com o que esses resultados podem significar para o futuro da comunicação quântica e dos sistemas quânticos de estado sólido."

Comunicação quântica fantasmagórica

Fótons e fônons emaranhados desafiam a intuição:essas partículas podem ser emaranhadas mecanicamente quânticas, um emaranhamento que pode sobreviver a grandes distâncias. Uma mudança em uma partícula, então, provoca assustadoramente uma mudança na outra. A comunicação quântica tira proveito desse fenômeno codificando informações nas partículas.

Cleland queria encontrar um método para enviar informações quânticas sem perdê-las na transmissão. Ele e sua equipe, incluindo o aluno de pós-graduação de PME, Hung-Shen Chang, desenvolveu um sistema que enredava dois nós de comunicação usando fótons de microondas - os mesmos fótons usados ​​em seu telefone celular - por meio de um cabo de microondas. Para este experimento, eles usaram um cabo de microondas com cerca de um metro de comprimento. Ao ligar e desligar o sistema de maneira controlada, eles foram capazes de emaranhar quânticos os dois nós e enviar informações entre eles - sem nunca ter que enviar fótons pelo cabo.

"Transferimos informações por um cabo de um metro sem enviar fótons para fazer isso, uma conquista bastante assustadora e incomum, "Cleland disse." Em princípio, isso também funcionaria em uma distância muito maior. Seria muito mais rápido e eficiente do que os sistemas que enviam fótons através de canais de fibra óptica. "

Embora o sistema tenha limitações, deve ser mantido bem frio, em temperaturas alguns graus acima do zero absoluto - poderia funcionar potencialmente à temperatura ambiente com átomos em vez de fótons. Mas o sistema de Cleland oferece mais controle, e ele e sua equipe estão conduzindo experimentos que envolveriam vários fótons em um estado mais complicado.

Enredando fônons com a mesma técnica

Partículas emaranhadas não se limitam apenas a fótons ou átomos, Contudo. Em um segundo artigo publicado em 12 de junho na revista Revisão Física X , Cleland e sua equipe entrelaçaram dois fônons - a partícula quântica do som - pela primeira vez.

Usando um sistema construído para se comunicar com os fonons, semelhante ao sistema de comunicação quântica de fótons, O time, incluindo a ex-pós-doutoranda Audrey Bienfait, emaranharam dois fônons de micro-ondas (que têm tom cerca de um milhão de vezes mais alto do que o ouvido humano).

Uma vez que os fônons foram emaranhados, a equipe usou um dos fônons como um "arauto, "que foi usado para afetar como seu sistema quântico usava o outro fônon. O arauto permitiu que a equipe realizasse um experimento chamado de" borracha quântica ", em que as informações são apagadas de uma medição, mesmo após a conclusão da medição.

Embora os fônons tenham muitas desvantagens sobre os fótons, por exemplo, eles tendem a ter vida mais curta - eles interagem fortemente com uma série de sistemas quânticos de estado sólido que podem não interagir fortemente com os fótons. Os fones de ouvido podem fornecer uma maneira melhor de se conectar a esses sistemas

"Isso abre uma nova janela sobre o que você pode fazer com os sistemas quânticos, talvez semelhante à forma como os detectores de ondas gravitacionais, que também usam movimento mecânico, abriram um novo telescópio no universo, "Cleland disse.