Os ataques de hackers a tudo, desde contas de mídia social a arquivos do governo, podem ser amplamente evitados com o advento da comunicação quântica, que usaria partículas de luz chamadas "fótons" para proteger as informações, em vez de um código que pode ser quebrado.

O problema é que a comunicação quântica é atualmente limitada pela quantidade de informações que os fótons individuais podem ajudar a enviar com segurança, chamada de "taxa de bits secreta". Os pesquisadores da Purdue University criaram uma nova técnica que aumentaria a taxa de bits secreta em 100 vezes, a mais de 35 milhões de fótons por segundo.

"Aumentar a taxa de bits nos permite usar fótons únicos para enviar não apenas uma frase por segundo, mas sim uma informação relativamente grande com extrema segurança, como um arquivo de tamanho megabyte, "disse Simeon Bogdanov, um pesquisador de pós-doutorado em Purdue em engenharia elétrica e da computação.

Eventualmente, uma alta taxa de bits permitirá uma "internet quântica ultra-segura, "uma rede de canais chamados" guias de onda "que transmitem fótons únicos entre dispositivos, salgadinhos, lugares ou festas capazes de processar informações quânticas.

"Não importa o quão avançado seja um hacker em termos de computação, seria basicamente impossível, pelas leis da física, interferir nesses canais de comunicação quântica sem ser detectado, já que no nível quântico, luz e matéria são tão sensíveis a perturbações, "Bogdanov disse.

O trabalho foi publicado online pela primeira vez em julho para inclusão em uma impressão Nano Letras edição em 8 de agosto, 2018.

Usar a luz para enviar informações é um jogo de probabilidade:transmitir um bit de informação pode exigir várias tentativas. Quanto mais fótons uma fonte de luz pode gerar por segundo, mais rápida será a taxa de transmissão de informações bem-sucedida.

"Uma fonte pode gerar muitos fótons por segundo, mas apenas alguns deles podem realmente ser usados ​​para transmitir informações, que limita fortemente a velocidade da comunicação quântica, "Bogdanov disse.

Para uma comunicação quântica mais rápida, Os pesquisadores de Purdue modificaram a maneira como um pulso de luz de um feixe de laser excita elétrons em um defeito "feito pelo homem", "ou perturbação local em uma rede cristalina, e então como esse defeito emite um fóton por vez.

Os pesquisadores aceleraram esses processos criando uma nova fonte de luz que inclui um minúsculo diamante de apenas 10 nanômetros, imprensado entre um cubo de prata e um filme de prata. Dentro do nanodiamante, eles identificaram um único defeito, resultante de um átomo de carbono sendo substituído por nitrogênio e uma vaga deixada por um átomo de carbono adjacente ausente.

O nitrogênio e o átomo ausente juntos formaram um chamado "centro vazio de nitrogênio" em um diamante com elétrons orbitando ao seu redor.

Uma antena metálica acoplada a este defeito facilitou a interação dos fótons com os elétrons em órbita do centro de vacância de nitrogênio, através de partículas híbridas de matéria leve chamadas "plasmons". Pelo centro absorvendo e emitindo um plasmon por vez, e a nanoantena convertendo os plasmons em fótons, a taxa de geração de fótons para comunicação quântica tornou-se dramaticamente mais rápida.

"Demonstramos a fonte de fóton único mais brilhante em temperatura ambiente. Normalmente, fontes com brilho comparável operam apenas em temperaturas muito baixas, o que é impraticável para implementação em chips de computador que usaríamos em temperatura ambiente, "disse Vlad Shalaev, o Professor Distinto Bob e Anne Burnett de Engenharia Elétrica e de Computação.

Próximo, os pesquisadores estarão adaptando este sistema para circuitos on-chip. Isso significaria conectar a antena plasmônica com guias de onda para que os fótons pudessem ser direcionados para diferentes partes do chip, em vez de irradiar em todas as direções.