Pesquisadores da Universidade de Sheffield resolveram um quebra-cabeça-chave da física quântica que pode ajudar a tornar a transferência de dados totalmente segura.

A equipe desenvolveu uma maneira de gerar pulsos de luz de fóton único muito rápidos. Cada fóton, ou partícula de luz, representa um pouco de código binário - a linguagem fundamental da computação. Esses fótons não podem ser interceptados sem perturbá-los de uma forma que alertaria o remetente de que algo estava errado.

A transferência de dados usando a luz transmitida por cabos de fibra óptica tornou-se cada vez mais comum nas últimas décadas, mas cada pulso atualmente contém milhões de fótons. Isso significa que, em princípio, uma parte deles pode ser interceptada sem detecção.

Os dados seguros já estão criptografados, mas se um "bisbilhoteiro" fosse capaz de interceptar os sinais contendo detalhes do código, então - em teoria - ele poderia acessar e decodificar o resto da mensagem.

Os pulsos de fóton único oferecem segurança total, porque qualquer escuta é detectada imediatamente, mas os cientistas têm lutado para produzi-los com rapidez suficiente para transportar dados em velocidades suficientes para transferir grandes volumes de dados.

Em um novo estudo, publicado em Nature Nanotechnology , a equipe de Sheffield empregou um fenômeno chamado Efeito Purcell para produzir os fótons muito rapidamente. Um nanocristal chamado ponto quântico é colocado dentro de uma cavidade dentro de um cristal maior - o chip semicondutor. O ponto é então bombardeado com luz de um laser que o faz absorver energia. Essa energia é então emitida na forma de um fóton.

Colocar o nanocristal dentro de uma cavidade muito pequena faz com que a luz do laser salte dentro das paredes. Isso acelera a produção de fótons pelo Efeito Purcell. Um problema é que os fótons que carregam informações de dados podem facilmente se confundir com a luz laser. Os pesquisadores de Sheffield superaram isso canalizando os fótons para longe da cavidade e dentro do chip para separar os dois tipos diferentes de pulso.

Desta maneira, a equipe conseguiu tornar a taxa de emissão de fótons cerca de 50 vezes mais rápida do que seria possível sem o uso do Efeito Purcell. Embora este não seja o pulso de luz de fóton mais rápido já desenvolvido, tem uma vantagem crucial porque os fótons produzidos são todos idênticos - uma qualidade essencial para muitas aplicações de computação quântica.

Mark Fox, Professor de Física Óptica da Universidade de Sheffield, explica:"Usar fótons para transmitir dados nos permite usar as leis fundamentais da física para garantir a segurança. É impossível medir ou 'ler' a partícula de qualquer forma sem alterar suas propriedades. Interferir nela estragaria, portanto, os dados e o som alarme."

Ele acrescentou:"Nosso método também resolve um problema que intrigou os cientistas por cerca de 20 anos - como usar o Efeito Purcell para acelerar a produção de fótons de maneira eficiente.

"Esta tecnologia pode ser usada em sistemas seguros de telecomunicações de fibra óptica, embora seja mais útil inicialmente em ambientes onde a segurança é fundamental, incluindo governos e quartéis-generais de segurança nacional. "