Como a revolução digital se tornou dominante, a computação quântica e a comunicação quântica estão crescendo na consciência do campo. As tecnologias de medição aprimoradas possibilitadas por fenômenos quânticos, e a possibilidade de progresso científico usando novos métodos, são de particular interesse para pesquisadores de todo o mundo.

Recentemente, dois pesquisadores da Universidade de Tampere, Professor Assistente Robert Fickler e Pesquisador Doutorado Markus Hiekkamäki, demonstraram que a interferência de dois fótons pode ser controlada de forma quase perfeita usando a forma espacial do fóton. Suas descobertas foram publicadas recentemente na prestigiosa revista Cartas de revisão física.

"Nosso relatório mostra como um método complexo de modelagem de luz pode ser usado para fazer dois quanta de luz interferirem um no outro de uma maneira nova e facilmente ajustável, "explica Markus Hiekkamäki.

Fótons únicos (unidades de luz) podem ter formas altamente complexas que são conhecidas por serem benéficas para tecnologias quânticas, como criptografia quântica, medições super-sensíveis, ou tarefas computacionais aprimoradas por quantum. Para fazer uso desses chamados fótons estruturados, é crucial fazer com que eles interfiram com outros fótons.

"Uma tarefa crucial em essencialmente todas as aplicações tecnológicas quânticas é melhorar a capacidade de manipular estados quânticos de uma forma mais complexa e confiável. Em tecnologias quânticas fotônicas, esta tarefa envolve a alteração das propriedades de um único fóton, bem como a interferência de vários fótons entre si ", diz Robert Fickler, que lidera o grupo Experimental Quantum Optics na universidade.

A ótica linear traz soluções promissoras para comunicações quânticas

O desenvolvimento demonstrado é especialmente interessante do ponto de vista da ciência da informação quântica de alta dimensão, onde mais de um único bit de informação quântica é usado por portadora. Esses estados quânticos mais complexos não apenas permitem a codificação de mais informações em um único fóton, mas também são conhecidos por serem mais resistentes a ruídos em vários ambientes.

O método apresentado pela dupla de pesquisadores é promissor para a construção de novos tipos de redes ópticas lineares. Isso abre caminho para novos esquemas de computação fotônica aprimorada por quantum.

"Nossa demonstração experimental de agrupar dois fótons em múltiplas formas espaciais complexas é uma próxima etapa crucial para a aplicação de fótons estruturados a várias tarefas metrológicas quânticas e informativas, "continua Markus Hiekkamäki.

Os pesquisadores agora pretendem utilizar o método para desenvolver novas técnicas de detecção aprimoradas quânticas, enquanto explora estruturas espaciais mais complexas de fótons e desenvolve novas abordagens para sistemas computacionais usando estados quânticos.

"Esperamos que esses resultados inspirem mais pesquisas sobre os limites fundamentais da formação de fótons. Nossas descobertas também podem desencadear o desenvolvimento de novas tecnologias quânticas, por exemplo. comunicação quântica tolerante a ruído aprimorada ou esquemas de computação quântica inovadores, que se beneficiam de tais estados quânticos fotônicos de alta dimensão, "acrescenta Robert Fickler.