A) Esquema de Chip. Linhas pretas representam guias de onda de modo único para os fótons únicos, pulsos vermelho e azul representam a energia do fóton em cada caminho. Barras amarelas representam controle de fase externo. B) Configuração de teletransporte. C) Configuração de troca de emaranhamento. D) preparação do estado GHZ de 4 fótons.
Credito da imagem: Universidade de Bristol
Prevê-se que o desenvolvimento de tecnologias que possam processar informações com base nas leis da física quântica tenha impactos profundos na sociedade moderna.
Por exemplo, os computadores quânticos podem ser a chave para resolver problemas complexos demais para os supercomputadores mais poderosos da atualidade, e uma Internet quântica pode, em última análise, proteger as informações do mundo contra ataques maliciosos.
No entanto, todas essas tecnologias dependem de "informações quânticas", que normalmente são codificadas em partículas quânticas únicas extremamente difíceis de controlar e medir.
Cientistas da Universidade de Bristol, em colaboração com a Universidade Técnica da Dinamarca (DTU), desenvolveram com sucesso dispositivos de escala de chip que são capazes de aproveitar as aplicações da física quântica, gerando e manipulando partículas únicas de luz dentro de circuitos de nanoescala programáveis .
Esses chips são capazes de codificar informações quânticas na luz gerada dentro dos circuitos e podem processar as 'informações quânticas' com alta eficiência e ruído extremamente baixo. Essa demonstração pode permitir um aumento significativo na capacidade de produzir circuitos quânticos mais complexos, necessários na computação e nas comunicações quânticas.
Seu trabalho, publicado na revista Nature Physics , hospeda uma série de demonstrações quânticas.
Em um dos experimentos inovadores, pesquisadores dos Laboratórios de Tecnologia de Engenharia Quântica da Universidade de Bristol (QET Labs) demonstram o teletransporte quântico de informações entre dois chips programáveis pela primeira vez, o que eles observam ser uma pedra angular da comunicação quântica e da computação quântica.
O teletransporte quântico oferece transferência de estado quântico de uma partícula quântica de um lugar para outro, utilizando o emaranhamento. O teletransporte não é apenas útil para comunicação quântica, mas é um elemento fundamental da computação quântica óptica. Estabelecer um link de comunicação emaranhado entre dois chips no laboratório, no entanto, provou ser altamente desafiador.
O co-autor de Bristol Dan Llewellyn disse: “Conseguimos demonstrar uma ligação de alta qualidade entre dois chips no laboratório, onde os fótons de um ou outro chip compartilham um único estado quântico.
“Cada chip foi totalmente programado para realizar uma série de demonstrações que utilizam o emaranhado.
“A demonstração principal foi um experimento de teletransporte de dois chips, em que o estado quântico individual de uma partícula é transmitido através dos dois chips após a medição quântica. Essa medida utiliza o estranho comportamento da física quântica, que simultaneamente retira o elo de emaranhamento e transfere o estado da partícula para outra partícula já existente no chip receptor. ”
Outro co-autor, Dr. Imad Faruque , também de Bristol, acrescentou: “Com base em nosso resultado anterior de fontes de fótons de alta qualidade no chip, construímos um circuito ainda mais complexo, contendo quatro fontes.
"Todas essas fontes são testadas e são quase idênticas emitindo fótons quase idênticos, que é um critério essencial para o conjunto de experimentos que realizamos, como a troca de emaranhados".
Os resultados mostraram um teletransporte quântico de alta fidelidade, de 91%. Além disso, os pesquisadores conseguiram demonstrar algumas outras funcionalidades importantes de seus projetos, como a troca de entrelaçamento (necessária para repetidores e redes quânticas) e estados de GHZ de quatro fótons (necessários na computação quântica e na internet quântica).
Segundo o co-autor Dr. Yunhong Ding, da DTU, baixa perda, alta estabilidade e excelente controlabilidade são extremamente importantes para a fotônica quântica integrada. Ele disse: "Esse experimento foi possível devido à tecnologia fotônica de silício de baixa perda de última geração, baseada na fabricação de alta qualidade na DTU".
O autor principal, Dr. Jianwei Wang, agora na Universidade de Pequim, disse: “No futuro, uma única integração com chip Si de dispositivos fotônicos quânticos e controles eletrônicos clássicos abrirá a porta para processamento quântico e de comunicação e informação quântica compatíveis com CMOS totalmente baseados em chip. redes ".
Outras informações: Pesquisa publicada na Nature Physics: 'Teletransporte quântico chip-a-chip e emaranhamento de múltiplos fótons em silício' por D. Llewellyn, Y. Ding, I. Faruque, S. Paesani, D. Bacco, R. Santagati, Y. Qian, Y. Li, Y Xiao, M. Huber, M. Malik, G. Sinclair, X. Zhou, K. Rottwitt, J. O'Brien, J. Rarity, Q. Gong, L. Oxenlowe, J. Wang e M. Thompson.
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