O ruído limita o desempenho das tecnologias quânticas modernas. Contudo, partículas viajando em uma superposição de caminhos podem contornar o ruído na comunicação. Uma colaboração entre as Universidades de Hong-Kong, Grenoble e Viena, bem como a Academia Austríaca de Ciências, sob a liderança de Philip Walther, revela novas técnicas para reduzir o ruído na comunicação quântica. Os resultados, publicado na última edição da Pesquisa de revisão física , demonstrar que as partículas quânticas viajando em uma superposição de caminhos permitem a redução de ruído nas comunicações.

Entre os campos de pesquisa mais ativos da física moderna, tanto em nível acadêmico quanto além, são computação quântica e comunicação, que aplicam fenômenos quânticos, como superposição e emaranhamento para realizar cálculos, ou para trocar informações. Vários grupos de pesquisa em todo o mundo construíram dispositivos quânticos que são capazes de realizar cálculos mais rapidamente do que qualquer computador clássico. Ainda, ainda há um longo caminho a percorrer antes que esses dispositivos possam ser convertidos em computadores quânticos comercializáveis. Uma razão para isso é que tanto a computação quântica quanto a comunicação quântica estão fortemente deterioradas pela facilidade com que um estado de superposição quântica pode ser destruído, ou o emaranhamento entre duas ou mais partículas quânticas pode ser perdido.

A abordagem primária para superar essas limitações é a aplicação dos chamados códigos de correção de erros quânticos. Esse, Contudo, requer uma quantidade de recursos superior ao que pode ser alcançado atualmente de forma controlada. Enquanto, a longo prazo, a correção de erros provavelmente se tornará uma parte integrante dos futuros dispositivos quânticos, uma abordagem complementar é mitigar o ruído - isto é, o efeito cumulativo de erros não corrigidos - sem depender de tantos recursos adicionais. Estes são referidos como esquemas de redução de ruído.

Mitigação de ruído sem recursos adicionais por meio de esquemas quânticos simples

Uma nova abordagem ao longo desta linha de pesquisa foi proposta recentemente para reduzir o ruído em um esquema de comunicação entre duas partes. Imagine duas partes que desejam se comunicar trocando uma partícula quântica, no entanto, a partícula deve ser enviada por algumas linhas de transmissão defeituosas (representadas na ilustração artística).

Recentemente, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Hong-Kong propôs que uma redução geral no ruído poderia ser alcançada direcionando a partícula ao longo de uma superposição quântica de caminhos através de regiões de ruído em ordem oposta. Em particular, enquanto classicamente uma partícula só pode viajar ao longo de um caminho, na mecânica quântica, ele pode se mover por vários caminhos ao mesmo tempo. Se alguém usar essa propriedade para enviar a partícula ao longo de dois caminhos quânticos, um pode, por exemplo, conduzir a partícula através das regiões ruidosas em ordem oposta simultaneamente. Este efeito foi demonstrado experimentalmente por duas investigações de pesquisa independentes.

Esses resultados sugeriram que, para conseguir essa redução de ruído, é necessário colocar as linhas de transmissão ruidosas em uma superposição quântica de ordens opostas. Pouco depois disso, grupos de pesquisa em Viena e em Grenoble perceberam que esse efeito também pode ser alcançado por meio de configurações mais simples, que pode até eliminar completamente o ruído entre as duas partes.

Todos esses esquemas foram implementados experimentalmente e comparados entre si por uma equipe de pesquisa liderada por Philip Walther na Universidade de Viena. Nesse trabalho, diferentes maneiras de passar por duas regiões ruidosas na superposição quântica são comparadas para uma variedade de tipos de ruído. Os resultados experimentais também são suportados com simulações numéricas para estender o estudo a tipos mais genéricos de ruído. Surpreendentemente, descobriu-se que os esquemas mais simples de superposição quântica de canais ruidosos também oferecem a melhor redução do ruído que afeta a comunicação.

"A correção de erros em tecnologias quânticas modernas está entre as necessidades mais urgentes dos esquemas de computação e comunicação quânticos atuais. Nosso trabalho mostra que, pelo menos no caso da comunicação quântica, já com as tecnologias atualmente em uso, pode ser possível mitigar esse problema sem a necessidade de recursos adicionais, "diz Giulia Rubino, primeiro autor da publicação em Pesquisa de revisão física . A facilidade da técnica demonstrada permite o uso imediato nas atuais comunicações de longa distância, e promete novas aplicações potenciais em computação quântica e termodinâmica quântica.